铅对人类胚胎干细胞向外胚层分化的转录组效应：对不良妊娠结局和神经发育障碍的启示

《Archives of Toxicology》：Transcriptomic effects of lead on the differentiation of human embryonic stem cells into ectoderm: implication for adverse pregnancy outcomes and neurodevelopmental disorders

摘要

流行病学研究已揭示母体铅（Pb）暴露与不良妊娠和出生结局及神经发育障碍之间存在关联。然而，其潜在机制尚不明确，因此本研究在转录水平上使用人类胚胎干细胞（hESCs）对其进行探究。利用含有0（水）、6.2（人体母体血液中Pb的几何平均浓度）或118 μg Pb²⁺/L氯化铅（PbCl₂）形式的Pb²⁺的STEMdiff?三系分化试剂盒，诱导hESCs向表皮外胚层分化7天，随后进行bulk RNA测序。两种剂量的PbCl₂均改变了与蛋白质代谢和转运相关的基因表达，同时也引起了涉及原肠胚形成、增殖、DNA修复、应激反应和免疫细胞发育的基因变化。低剂量PbCl₂诱导的基因变化预测细胞增殖降低和感觉丧失增加。暴露于高剂量PbCl₂的细胞与对照细胞具有明显不同的全局基因表达谱，其特定变化预测神经退行性变增加。对照细胞与PbCl₂处理细胞之间表皮外胚层谱系标志基因（ELMG）的表达差异未达到统计学显著性。然而，对照细胞与PbCl₂处理细胞之间ELMG下游某些基因的表达存在显著差异。在PbCl₂处理细胞中检测到多条不良结局途径，涉及WNT、IGF-1、RHO–PKN、CDK5、MAP激酶和Ca²⁺信号转导、细胞周期调控、蛋白质代谢和转运、DNA双链断裂和修复以及免疫反应。总体而言，研究结果表明，Pb暴露通过优先保障基因组保护而牺牲谱系执行，从而干扰了早期表皮外胚层的发育。