铅暴露诱导LUHMES细胞神经毒性：蛋白质合成与内质网应激通路的机制研究

本研究探讨了铅（Pb）暴露对LUHMES细胞（人源中脑多巴胺能神经元模型）的神经毒性机制，通过RNA测序和形态学分析发现，Pb暴露（≥10 μM）通过破坏核糖体功能、剪接体和内质网应激通路，导致蛋白质稳态失衡和细胞凋亡，为铅相关神经发育毒性的生物标志物识别提供了重要依据。

　　

铅（Pb）作为一种广泛存在的环境污染物，长期暴露可对人类健康造成严重威胁，尤其是对神经系统发育的损害。儿童和胎儿由于血脑屏障尚未完全发育，更容易受到铅的神经毒性影响。研究表明，铅暴露与智力下降、学习障碍以及多种神经退行性疾病（如帕金森病和阿尔茨海默病）的风险增加密切相关。尽管已有大量流行病学和动物实验数据证实铅的危害，但其分子机制，特别是在人类神经元模型中的具体通路扰动，仍缺乏深入解析。此外，现有研究多局限于非人源细胞或动物模型，难以直接反映铅对人类神经系统的特异性影响。因此，利用人源神经元模型系统研究铅的神经毒性机制，具有重要的科学和公共卫生意义。

为了深入探究铅暴露的分子机制，研究人员采用人源中脑多巴胺能神经元前体细胞系LUHMES（Lund Human Mesencephalic cells）作为模型。该细胞系在分化后可表现出典型的多巴胺能神经元特性，包括神经突生长、电活动及多巴胺释放能力，是研究神经毒性和帕金森病的理想模型。本研究通过体外培养和分化LUHMES细胞，并暴露于不同浓度的铅醋酸盐（1 μM和10 μM），从形态学和转录组学两个层面系统评估了铅的神经毒性效应。

研究采用了几项关键技术方法：首先，通过细胞培养和分化处理，将LUHMES细胞诱导为成熟神经元状态；其次，利用荧光染色（Hoechst 33342和Calcein-AM）和显微镜成像技术定量分析细胞死亡和神经突生长变化；第三，采用RNA测序（RNA-seq）技术全面检测基因表达变化，并通过生物信息学工具（如iDEP、PGSEA和KEGG通路分析）解析差异表达基因和富集通路；最后，通过主成分分析（PCA）和聚类分析揭示铅暴露的剂量和时间依赖性效应。所有RNA-seq数据已保存于Gene Expression Omnibus（GEO）数据库（登录号GSE285507）。

研究结果部分如下：

3.1. 铅暴露对LUHMES细胞的细胞毒性和形态学影响

通过形态学分析发现，铅暴露浓度≥10 μM时，LUHMES细胞存活率显著下降，并伴随染色质浓缩和DNA断裂等凋亡特征。同时，神经突生长、分支数量和过程数均显著减少，表明铅破坏了神经元的正常发育和形态维持。

3.2. 不同条件下表达模式的聚类和可视化

RNA-seq数据显示，铅暴露3小时和24小时后，基因表达谱发生显著变化。主成分分析（PCA）表明，PC1（40%方差）主要区分时间效应，而PC2（8%方差）区分铅暴露剂量效应。高浓度铅（10 μM）处理组在基因表达上与对照组和低浓度组明显分离。

3.3. 通路分析

KEGG通路富集分析显示，PC1主要与核糖体（ribosome）、剪接体（spliceosome）、DNA复制和细胞周期通路相关；PC2则与内质网中的蛋白质加工（protein processing in endoplasmic reticulum）、代谢通路和N-聚糖生物合成相关。这些结果表明铅暴露影响了蛋白质合成、RNA加工和细胞应激响应通路。

3.4. KEGG通路图中的差异基因表达分析

在核糖体通路中，多个核糖体蛋白（如RSL24D1、MRPS7和MRPL13）表达发生显著变化，提示铅扰乱了蛋白质合成能力。在剪接体通路中，PPIL1、SRSF1和SF3B1等关键基因表达下调，表明RNA剪接准确性下降。在内质网应激通路中，CHOP、DNAJB11（Hsp40）、DERL1和RAD23A等基因表达变化显著，提示铅激活了未折叠蛋白质反应（UPR）并可能诱导凋亡。

综合讨论与结论，本研究发现铅暴露通过破坏核糖体功能、剪接体活性和内质网应激通路，导致LUHMES细胞蛋白质稳态失衡和细胞死亡。这些分子变化不仅揭示了铅神经毒性的潜在机制，还为识别相关生物标志物（如CHOP、HSP40和剪接体组分）提供了依据。此外，研究结果强调了人源LUHMES细胞模型在神经毒理学研究中的价值，为未来铅暴露的风险评估和干预策略提供了理论基础。本研究发表于《Journal of Trace Elements in Medicine and Biology》，对理解环境重金属的神经发育毒性具有重要科学意义。