CREB/BDNF信号通路关键基因表观遗传修饰在PFOS神经发育毒性中的作用及机制

Perfluorooctane sulfonate (PFOS), a new type of persistent organic pollutants (POPs), can through the blood brain barrier and the placenta barrier and induce the developmental neurotoxicity. However, the molecular mechanism of PFOS neurotoxicity is not clear. Brain-derived nerve growth factor (BDNF) is involved in neuronal development, synaptic plasticity and long-term potentiation (LTP), and plays an important role in learning and memory function. Based on our previous research results and literature reports, we proposed that the effects of epigenetics modification of key genes in CREB/BDNF signaling pathway were involved in developmental neurotoxicity induced by PFOS. To prove this thesis, pregnant Sprague Dawley (SD) rats and neurons cultured in vitro will be exposed to various level PFOS. The patterns of DNA methylation and histone acetylation in key genes in CREB/BDNF signaling pathway, such as BDNF, TrkB and CREB, will be detected with epigenetics techniques, including DNA methylation microarray, chromatin immunoprecipitation, bisulfite-sequencing PCR, etc. The aim of the study is to illustrate the role of epigenetics modification of key genes in CREB/BDNF signaling pathway in PFOS developmental neurotoxicity, and to provide a new theoretical basis and new knowledge for further research about PFOS neurotoxicity.

全氟辛烷磺酸（PFOS）是一种新型持久性有机污染物，能通过血脑和胎盘屏障，具有神经发育毒性，但其毒性机制尚未明确。脑源性神经生长因子（BDNF）参与神经发育、突触连接和LTP 形成，在学习和记忆中起着重要作用。根据课题组前期研究结果和文献报道，我们提出CREB/BDNF通路关键基因（BDNF、TrkB、CREB）表观遗传修饰可能参与PFOS 引起的神经发育毒性的设想。为证实该设想，本课题拟分别构建神经元细胞和围产期动物暴露模型，应用甲基化芯片、免疫沉淀、重亚硫酸盐克隆测序等表观遗传学实验技术，分析神经元细胞、子鼠海马和额前皮层组织 BDNF、TrkB、CREB等基因启动子甲基化和组蛋白乙酰化改变，旨在阐明CREB/BDNF 通路关键基因表观遗传改变在PFOS 引起的神经发育毒性中的作用，为PFOS进一步的神经毒性研究提供新理论和新知识。

全氟辛烷磺酸（PFOS）是一种新型持久性有机污染物，能通过血脑屏障和胎盘屏障，具有神经发育毒性，但其毒性机制尚未明确。脑源性神经生长因子（BDNF）参与神经发育、突触连接和LTP 形成，在学习和记忆中起着重要作用。根据申请书的研究计划，本研究分别构建了体外培养神经元细胞和围产期动物PFOS暴露模型，应用基因表达芯片，筛选了差异表达基因，并采用重亚硫酸盐克隆测序检测了PFOS对BDNF启动子Ⅰ和Ⅳ的影响，QPCR技术检测PFOS对BDNF/TrkB/CREB信号通路关键基因mRNA和BDNF相关microRNA表达的影响，Western-Blot检测BDNF/TrkB/CREB信号通路关键基因的蛋白水平，并采用相应的试剂盒检测氧化应激指标和细胞凋亡。结果表明，PFOS能干扰BDNF/TrkB/CREB信号通路关键基因的表达，降低BDNF的表达水平，造成BDNF基因启动子Ⅰ和Ⅳ的差异甲基化，降低DNMT1和DNMT3a的表达水平，增加DNMT3b的水平。同时，PFOS能增加BDNF相关MicroRNA的表达水平。因此，我们推测PFOS干扰DNMTs的表达，造成BDNF基因启动子的差异甲基化，增加BDNF相关microRNA的表达水平，从而降低BDNF的蛋白含量，并最终造成BDNF/TrkB/CREB信号通路的损伤，这是PFOS神经毒性机制之一。此外，我们还观察了PFOS的心脏毒性。发现，PFOS能损伤心脏细胞的线粒体，诱导氧化应激始发的线粒体途径介导的细胞凋亡。这些研究发现将为PFOS进一步的毒性研究和卫生标准的制定提供新理论和新知识。