《Genes》：Environmental Pollutant PCB 153 Is Associated with Candidate Alternative Splicing Alterations in Intellectual Disability-Associated Genes: An Exploratory RNA-Seq Splicing Analysis in a Neuronal Model
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摘要：多氯联苯（PCBs）是一类持久性环境污染物，与慢性毒性和神经功能障碍相关。PCB 153是在环境和膳食样本中检出率最高的同系物之一。尽管PCB 153的转录响应已有报道，但其与转录后调控的潜在关联仍不明确。在本研究中，研究人员对先前生成的全反式视黄酸（R
摘要：多氯联苯（PCBs）是一类持久性环境污染物，与慢性毒性和神经功能障碍相关。PCB 153是在环境和膳食样本中检出率最高的同系物之一。尽管PCB 153的转录响应已有报道，但其与转录后调控的潜在关联仍不明确。在本研究中，研究人员对先前生成的全反式视黄酸（RA）分化SH-SY5Y细胞暴露于亚细胞毒性浓度PCB 153后的转录组数据进行了探索性计算RNA-Seq剪接分析。方法：分析RNA-Seq数据以鉴定候选差异性可变剪接事件（DASEs）。进一步检查候选事件中与保留内含子（RI）相关的提前终止密码子（PTCs），以及潜在的调控相互作用，包括DASE-RNA结合蛋白（RBP）基序富集。结果：PCB 153暴露与32个RBP编码基因的差异表达以及90个候选DASEs相关。疾病富集分析表明，受候选剪接改变影响的基因与智力障碍及相关神经发育表型注释的基因集存在重叠。在保留内含子事件中，多个被预测会引入PTCs，提示可能对转录本稳定性或编码潜能产生影响。基序富集分析鉴定出CELF2、NUMA1、PRPF8和RBM22的基序在DASE相关区域内存在位置富集，将这些RBPs提名为与观察到的剪接改变相关的推定调控因子。结论：本项计算研究在神经元样体外模型中鉴定了候选PCB 153相关剪接改变和RBP相关调控假说，提示PCB 153与神经发育功能障碍之间存在潜在的机制联系。
多氯联苯（PCBs)作为一类由209种人工合成卤代芳香烃组成的持久性有机污染物，因其双联苯骨架上连接一至十个氯原子的结构特征，自20世纪70年代起便被限制生产并于美国禁止使用。然而，由于其长期环境稳定性和亲脂性，PCBs仍持续在生物体内生物蓄积，并通过膳食途径暴露于人群，其中PCB 153是环境及膳食样本中检出率最高的同系物之一。流行病学证据表明，PCBs暴露与神经退行性疾病如帕金森病（PD)、阿尔茨海默病(AD)及肌萎缩侧索硬化症(ALS)等存在关联，且高浓度PCBs与老年人群认知功能下降相关。尽管PCB 153的转录响应已被广泛描述，但其与转录后调控尤其是可变剪接(AS)的关联仍知之甚少。AS作为重要的转录后调控机制，通过从一个前体mRNA产生多种mRNA变体以增加蛋白质多样性，在神经系统功能中发挥关键作用。RNA结合蛋白(RBPs)通过协调核糖核蛋白复合物的形成调控RNA加工、稳定性、定位及翻译，而RBPs介导的AS调控异常已与多种神经退行性疾病相关联。研究人员基于此前发表的全反式视黄酸(RA)分化SH-SY5Y细胞暴露于PCB 153后的转录组数据集，探索相同暴露条件下是否伴随候选AS改变，相关成果发表于《Genes》期刊。
研究采用计算RNA-Seq剪接分析流程，主要关键技术方法包括：基于先前生成的RNA-Seq数据进行生物信息学分析；使用rMATS turbo v4.3.0进行差异性可变剪接事件(DASEs)的鉴定与定量；结合DisGeNET数据库进行疾病富集分析；利用自定义Python脚本结合Biopython包进行保留内含子(RI)相关提前终止密码子(PTCs)预测；运用RBPbench工具(v1.0.1)进行RBP基序富集与位置分析，其中 motif扫描使用FIMO算法，统计检验采用Wilcoxon秩和检验及Fisher精确检验。
研究结果部分，"PCB 153暴露与RA分化SH-SY5Y细胞中RBP编码基因的差异表达相关"：研究人员通过分析先前发表的RNA-Seq数据，发现PCB 153暴露导致1882个显著差异表达基因(DEGs)，其中32个为RBP编码基因，包括显著下调的PABPC5、RBFOX1和CELF2，提示PCB 153可能通过调控转录后机制特别是AS影响基因表达。
"PCB 153暴露与候选差异性可变剪接事件相关"：通过rMATS分析，研究人员鉴定出90个候选DASEs，包括6个可变3'剪接位点(A3SS)、11个可变5'剪接位点(A5SS)、7个互斥外显子(MXE)、18个保留内含子(RI)和48个外显子跳跃(SE)事件。
"候选PCB 153相关DASE基因在智力障碍相关疾病注释中富集"：疾病富集分析显示，受DASE影响的基因与"智力障碍"(ID)存在显著关联，涉及ABCD4、KMT2A、DCTN1等26个基因；进一步筛选发现17种与ID相关的富集疾病，涵盖发育迟缓、癫痫、全面性肌张力减退等神经发育及神经表型。
"PCB 153暴露与非功能性蛋白的产生相关"：对ID相关RI事件进行PTC分析，发现大多数RI被预测产生一个PTC，部分事件如ADSL(36个PTCs)、POMGNT1(17个PTCs)和DCTN1(10个PTCs)产生多个PTCs；仅RAB3GAP2不满足无义介导的mRNA降解(NMD)规则，可能产生截短蛋白。
"候选RBP基序在DASE相关基因组区域呈现位置富集"：RBPbench分析显示，在ΔPSI>0的DASE中仅CELF2基序显著富集，主要位于调控外显子上游和下游；在ΔPSI<0的DASE中，NUMA1、PRPF8和RBM22基序显著富集，其中PRPF8基序多位于外显子内，RBM22基序富集于外显子和下游区域，NUMA1基序则分布于三个区域。
在讨论部分，研究人员指出该探索性计算分析基于先前生成的RNA-Seq数据，鉴定了PCB 153暴露相关的候选DASEs、预测RI/PTC后果及RBP基序富集模式，提示转录后调控可能代表PCB 153暴露的额外分子层面。DisGeNET富集分析显示PCB 153调控的DASEs与ID及相关神经发育表型基因显著关联，且多个DASE富集基因在多种神经发育表型间共享，提示向脑发育和功能的关键共同分子通路收敛。研究人员进一步分析了PTC产生型RI事件的功能影响：对于CTSA、TINF2、POMGNT1、ADSL、FGFR1、HTRA2和DCTN1等基因，负ΔPSI值表明内含子保留减少，远离NMD靶向亚型而趋向更稳定的可翻译转录本；而RAB3GAP2的正ΔPSI值则促进NMD介导的降解，尽管该事件不满足经典NMD规则，可能逃逸NMD。研究人员还讨论了CELF2、NUMA1、PRPF8和RBM22等RBP的生物学功能及其与神经发育障碍的已知关联，但强调基序富集不能证明直接的RBP结合或功能调控，仅作为候选优先排序信号。关于实验模型的局限性，研究人员承认RA分化的SH-SY5Y细胞作为神经母细胞瘤来源的细胞系，不能完全重现原代神经元、发育中的脑组织或多细胞神经系统的复杂性，未来需在人类诱导多能干细胞(iPSC)来源神经元、神经祖细胞、混合神经-胶质培养物或脑类器官等更生理相关的系统中验证。
研究结论部分翻译如下：总之，这项探索性RNA-Seq剪接分析表明，RA分化的SH-SY5Y细胞暴露于亚细胞毒性浓度（5 μM）的PCB 153与候选AS改变及RBP编码基因的差异表达相关。鉴定的DASEs在注释为ID及相关神经发育表型的基因中富集，而RI/PTC预测和RBP基序富集分析则提名了选定的转录本和RBP供未来验证。重要的是，这些发现仍属计算性和假说生成性的。总体而言，该研究为调查可能参与PCB 153神经毒性的转录后机制提供了优先框架，并强调了在更生理相关的神经元模型中进行独立实验验证的必要性。这些发现支持将转录后调控纳入未来环境神经毒理学研究中需调查的分子过程之列。
