基于秀丽隐杆线虫高内涵细胞成像的化学毒性筛选新策略及其在RNA剪接调控中的应用

研究人员针对环境化学物毒性评估效率低、数据维度单一的问题，利用秀丽隐杆线虫(C. elegans)模型开展高内涵筛选(HCS)研究。通过建立双荧光报告系统(GFP/RFP)监测RNA剪接变化，结合自动化显微镜和微孔板分析技术，从ToxCast库中鉴定出332种潜在剪接干扰物，包括工业染料、农药等类别。该研究为化学风险评估提供了兼具高通量(HTS)与多参数分析的新范式。

　　

在环境毒理学领域，如何快速评估数以万计化学物质的生物毒性一直是重大挑战。传统动物实验成本高昂且效率低下，而常规高通量筛选(HTS)又往往局限于单一指标检测。随着RNA剪接异常被证实与多种疾病相关，开发能同时捕捉分子机制和表型变化的新型筛选平台显得尤为重要。

加拿大研究团队在《Journal of Pharmacological and Toxicological Methods》发表的研究中，创新性地将高内涵筛选(HCS)技术与经典模式生物秀丽隐杆线虫(C. elegans)相结合。研究人员构建了携带双荧光报告基因(EGFP/mCherry)的转基因线虫株MWU85，通过监测化学暴露后两种荧光蛋白比值(GFP/RFP)的变化来评估RNA剪接异常。借助Agilent Cytation-5多模式细胞成像系统和Biostacker微板处理器，实现了对U.S. EPA ToxCast库4665种化合物的自动化筛选，并采用剂量效应实验验证阳性结果。

【3.1. Establishing biomarkers for high-throughput detection of chemical splicing modulators】
研究首先验证了镉(Cd)暴露对报告系统的影响，发现低浓度(18.75 μM)镉特异性降低GFP信号，而高浓度(≥150 μM)则同时抑制两种荧光，提示存在浓度依赖的剪接调控差异。通过3×3区域扫描技术解决了活体样本分布不均带来的检测偏差。

【3.2. High-throughput chemical screening for new splicing disruptors】
初级筛选发现332种化合物使GFP/RFP比值降低2倍以上，包括已知剪接干扰物副品红碱(pararosaniline)和新型候选物如1,4-苯二胺(1,4-Benzenediamine)等。高内涵成像有效排除了染料自发荧光导致的假阳性。

【3.3. Dose-response characterization of different classes of chemicals】
剂量实验揭示不同类别化合物呈现特征性效应模式：工业染料4-氨基-2-硝基苯酚(4-Amino-2-nitrophenol)选择性抑制GFP；香料添加剂γ-癸内酯(gamma-decanolactone)则更显著降低RFP；农药二甲吩草胺(Dimethenamid-P)呈现双相抑制。

【4. Discussion】
该研究成功建立了首个整合线虫模型与HCS的RNA剪接筛选平台。相比传统HTS，该方案不仅能获取定量荧光数据，还可通过显微成像捕捉形态学变化，对56种强效剪接干扰物的发现效率较既往手动筛选提升3.7倍。特别值得注意的是，多数阳性化合物(如HC Red 3染料)含芳香胺结构，这与已知致癌物的化学特征高度吻合，为环境致癌物的机制研究提供了新视角。

研究同时探讨了线虫模型在毒理学应用中的优势与局限：其保守的剪接机制(与人类2/3基因同源)和透明体壁便于活体观测，但缺乏哺乳动物的器官系统。作者指出未来需开发针对液体培养的自动图像分析算法以提升HCS效率。这项技术突破为环境污染物风险评估、药物安全性评价等领域提供了兼具经济性和信息密度的创新工具，有望推动毒性测试从单一终点向多维度分析的范式转变。