夜间蓝色人造光与涉及小胶质细胞TREM2-TYROBP信号和磷脂代谢改变的认知障碍相关：一项多组学研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Blue artificial light at night is associated with cognitive impairment involving alterations in microglial TREM2-TYROBP signaling and phospholipid metabolism: A multi-omics study

　　

夜间人造光（artificial light at night, ALAN），尤其是蓝色波长光谱（ALAN-BL），是日益普遍的认知障碍（cognitive impairment）的环境因素。然而，其潜在机制仍不清楚。本研究建立了ALAN-BL暴露的剂量依赖性小鼠模型（5、10和20 lux），以系统研究ALAN-BL对行为表现和海马功能（hippocampal function）的影响。为了进一步阐明核心分子改变，研究人员对海马组织进行了结合转录组学（transcriptomics）和代谢组学（metabolomics）的多组学（multi-omics）分析，随后对鉴定出的通路进行了初步分子验证。行为和形态学评估显示，ALAN-BL暴露与认知功能（cognitive function）和海马完整性（hippocampal integrity）的剂量依赖性损伤相关。在分子水平上，ALAN-BL剂量依赖性地降低了突触可塑性标志物PSD-95（postsynaptic density protein 95）和SYN（synaptophysin）以及神经营养因子BDNF（brain-derived neurotrophic factor）的表达，同时上调了促炎细胞因子IL-1β（interleukin-1β）和TNF-α（tumor necrosis factor-α），并促进小胶质细胞（microglia）向阿米巴样表型（ameboid phenotype）转变。代谢组学分析显示，ALAN-BL暴露与广泛的代谢重编程（metabolic reprogramming）相关，大多数差异代谢物（differential metabolites）下调，主要涉及甘油磷脂（glycerophospholipid）、氨基酸（amino acid）和能量代谢（energy metabolism）通路。转录组学分析显示，差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）显著富集于免疫相关通路，尤其是小胶质细胞中的TYROBP因果网络（TYROBP causal network）和小胶质细胞病原体吞噬通路（microglia pathogen phagocytosis pathways）。多组学整合进一步表明，甘油磷脂代谢的破坏可能损害TREM₂-TYROBP信号通路的功能。随后的实验验证进一步显示，TREM₂、TYROBP和SYK（spleen tyrosine kinase）的mRNA和蛋白表达剂量依赖性下调，而PLCG₂（phospholipase C gamma 2）上调，共同提示TREM₂-TYROBP信号轴的改变。总之，本研究首次提供了海马对ALAN-BL反应的多组学特征，表明ALAN-BL暴露通过改变小胶质细胞免疫代谢功能（immune-metabolic function），尤其涉及TREM₂-TYROBP通路，与海马功能损害相关。这些发现为ALAN-BL的潜在神经风险提供了新见解，并确定了公共卫生干预的潜在靶点。

夜间蓝色人造光（ALAN-BL）作为一种日益普遍的环境暴露因素，已被证实与认知功能损害相关，但其分子机制尚不明确。小胶质细胞作为中枢神经系统的固有免疫细胞，通过多种受体调控免疫与代谢功能，其中TREM₂-TYROBP信号通路在神经炎症和脂质代谢中发挥关键作用。然而，ALAN-BL是否通过该通路影响海马功能尚缺乏系统研究。为此，研究人员建立了30天剂量依赖性ALAN-BL暴露小鼠模型（5、10、20 lux），结合行为学、形态学、多组学分析及分子验证，探究ALAN-BL对海马认知功能的影响及潜在机制。该研究发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

主要关键技术方法包括：1）动物模型：采用160只8周龄C57/BL6J小鼠，随机分为对照组（黑暗）和三个ALAN-BL暴露组（5、10、20 lux），暴露30天后于ZT0时间点收集海马组织；2）行为学测试：新物体识别实验（NOR）和Morris水迷宫（MWM）评估认知功能；3）形态学分析：H&E染色和Nissl染色观察海马神经元损伤；4）免疫组化与免疫荧光：检测BDNF、PSD-95、SYN、IBA1表达；5）转录组测序（Illumina Novaseq 6000）和代谢组学（GC-MS和LC-MS）分析海马组织；6）分子验证：RT-qPCR和Western blot检测TREM₂-TYROBP通路相关分子表达；7）生物信息学分析：采用OPLS-DA、GSEA、Spearman相关分析等整合多组学数据。

研究结果如下：

**3.1 ALAN-BL与小鼠认知记忆功能及海马神经元损伤相关**：通过NOR和MWM行为学测试发现，ALAN-BL暴露组小鼠对新物体的辨别指数显著降低，逃逸潜伏期延长，目标象限停留时间和平台穿越次数减少，呈剂量依赖性。H&E与Nissl染色显示海马DG区神经元排列紊乱、核固缩及尼氏体减少，表明ALAN-BL诱发海马神经元损伤。

**3.2 ALAN-BL与海马突触功能及神经炎症相关**：RT-qPCR、Western blot和免疫荧光结果显示，ALAN-BL剂量依赖性降低PSD-95、SYN和BDNF的mRNA及蛋白表达，同时上调促炎因子IL-1β和TNF-α水平，并促进小胶质细胞向阿米巴样表型转变，提示突触可塑性受损和神经炎症激活。

**3.3 ALAN-BL影响海马代谢物水平**：代谢组学分析（GC-MS和LC-MS）显示，ALAN-BL暴露组与对照组代谢物谱显著分离，共鉴定出118个差异代谢物，其中83.9%下调。KEGG富集分析表明，这些代谢物主要涉及甘油磷脂代谢（GPL metabolism）、氨基酸代谢（如β-丙氨酸、D-氨基酸）和能量代谢通路。

**3.4 ALAN-BL影响海马基因表达**：转录组测序分析发现，ALAN-BL暴露组有114个差异表达基因（DEGs），其中74个下调、40个上调。OPLS-DA显示两组转录组谱明显分离，蛋白互作网络分析识别出TOP10枢纽基因（如F2、Lcn2、Ncf4等），提示免疫相关基因表达改变。

**3.5 ALAN-BL基于转录组富集分析影响基因功能**：KEGG和Wiki通路富集分析显示，DEGs显著富集于免疫系统通路，尤其是小胶质细胞相关的TYROBP因果网络和病原体吞噬通路。GSEA进一步表明，ALAN-BL组中阿尔茨海默病相关基因表达升高，而吞噬体相关基因表达降低，提示小胶质细胞免疫功能紊乱。

**3.6 ALAN-BL与代谢重编程及TREM₂-TYROBP信号表达改变相关**：多组学关联分析显示，DEGs与差异代谢物（尤其是甘油磷脂类）显著相关，且甘油磷脂代谢通路与TREM₂-TYROBP信号通路关联。分子验证表明，ALAN-BL剂量依赖性下调TREM₂、TYROBP和SYK的mRNA及蛋白表达，上调PLCG₂，提示TREM₂-TYROBP复合物形成或稳定性改变。

讨论部分总结：ALAN-BL暴露通过剂量依赖性方式损害小鼠认知功能，伴随海马神经元损伤、突触丢失和神经炎症。多组学分析揭示甘油磷脂代谢紊乱和TREM₂-TYROBP信号通路下调，这可能通过影响小胶质细胞免疫代谢功能导致认知障碍。研究为ALAN-BL的神经毒性提供了新机制，并指出TREM₂-TYROBP通路可作为公共卫生干预的潜在靶点。

研究结论：本研究证明ALAN-BL暴露与小鼠认知表现和海马反应的剂量依赖性改变相关，这些变化伴随脂质代谢改变和小胶质细胞TREM₂-TYROBP信号通路相关分子表达降低。这些结果提供了初步证据，表明小胶质细胞免疫代谢功能可能参与海马对ALAN-BL暴露的反应。