ChIP-seq等在揭示微塑料暴露介導中性粒細胞免疫毒性的調(diào)控中的應用
近日，安徽農(nóng)業(yè)大學汪軼麗博士為第一作者，任大龍教授、張云華教授為共同通訊作者，在環(huán)境科學領域的國際權(quán)威期刊《Journal of Hazardous Materials》(中科院一區(qū)，IF：11.3)上發(fā)表題為“Microplastics modulate neutrophil migration via an ROS lactylation positive feedback loop”的科研成果，系統(tǒng)揭示了在活體水平中微塑料（Microplastics，MPs）誘導中性粒細胞遷移的動態(tài)過程及分子調(diào)控機制。此研究利用活體斑馬魚模型，結(jié)合成像技術和ChIP-seq技術，首次實現(xiàn)了對微塑料暴露下中性粒細胞遷移全過程的可視化追蹤，并揭示了其背后的ROS-H3K18乳酸化正反饋調(diào)控環(huán)路，這一發(fā)現(xiàn)為理解微塑料的免疫毒性機制提供了重要的理論依據(jù)。
標題：Microplastics modulate neutrophil migration via an ROS lactylation positive feedback loop（微塑料通過ROS-組蛋白乳酸化正反饋環(huán)路調(diào)控中性粒細胞遷移）
發(fā)表時間：2025-10-13
發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：IF11.3/Q1
技術平臺：RNA-seq、ChIP-seq、ChIP-qPCR等（易基因金牌技術）
作者單位：安徽農(nóng)業(yè)大學
DOI:10.1016/j.jhazmat.2025.140113
近年來，微塑料（MPs）因其顯著的毒性效應而備受關注。既往研究已揭示其對中性粒細胞功能的影響，但在活體生物中實時可視化MPs誘導的中性粒細胞遷移及其調(diào)控機制仍不完全清楚。在此，本研究將斑馬魚暴露于100μg/L的MPs中，發(fā)現(xiàn)在3小時和6小時不同時間區(qū)間，中性粒細胞向炎癥部位的遷移分別增加1.7倍和1.5倍。此外，轉(zhuǎn)錄組分析表明活性氧（ROS）和組蛋白乳酸化參與了該過程。作者進一步證實，MPs顯著上調(diào)乳酸化水平，相關基因（如ep300a、ep300b、ldha）和蛋白（Pan-Kla、H3K18la）升高約50%。與此同時，促炎細胞因子（il-6、il-8、il-1β）升高近1倍，ROS水平升高1.4倍，伴隨氧化應激相關基因（sod2、gpx2）顯著上調(diào)。進一步使用2DG抑制乳酸生成或使用Dpi抑制氧化應激均可使中性粒細胞遷移恢復至基線水平左右。具體而言，乳酸化特異性ChIP-seq和ChIP-qPCR分析揭示，H3K18la修飾促進duox表達，從而增強ROS生成，而ROS又進一步提升乳酸化水平，形成驅(qū)動中性粒細胞遷移的正反饋環(huán)路。本研究首次在活體內(nèi)實時可視化MPs誘導的中性粒細胞遷移，并闡明了其內(nèi)在的ROS-乳酸化互作機制，為理解MPs的免疫毒性提供了新見解。
亮點
研究摘要
研究方法
斑馬魚品系：野生型（WT/AB）和Tg（lyz:EGFP）斑馬魚品系，通過自然繁殖獲得胚胎，并在28.5°C下孵化。
生理和形態(tài)學評估：監(jiān)測斑馬魚的發(fā)育參數(shù)，包括擺動頻率、心率、體長、孵化率和存活率，以評估不同濃度MPs對斑馬魚生長發(fā)育的影響。
尾鰭損傷和成像：對5日齡的Tg（lyz:EGFP）斑馬魚進行尾鰭損傷實驗，通過熒光顯微鏡監(jiān)測中性粒細胞向損傷部位的遷移并定量分析。
暴露和干預處理：使用不同濃度的MPs（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）處理斑馬魚幼體并檢測ROS水平，使用2-DG和Dpi分別抑制乳酸生成和氧化應激。
生化分析：檢測乳酸和H₂O₂水平，并使用Western blot分析H3K18乳酸化蛋白表達。
ChIP-seq和ChIP-qPCR：使用抗H3K18乳酸化抗體進行ChIP實驗，結(jié)合ChIP-seq技術分析H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，并分析篩選與ROS和中性粒細胞遷移相關的基因。目標啟動子區(qū)域通過ChIP-qPCR擴增驗證。
結(jié)果圖形
（1）不同濃度微塑料（MPs）對斑馬魚生長發(fā)育的影響
研究中，斑馬魚幼體暴露于不同濃度的微塑料（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）后，對其生長和發(fā)育進行了全面評估。結(jié)果顯示，低濃度（10μg/L）微塑料對斑馬魚的存活率、心率、擺動頻率和體長均無顯著影響，但加速了孵化時間。然而，隨著濃度增加，100μg/L和1000μg/L的微塑料顯著影響了斑馬魚的存活率和體長，并進一步加速了孵化時間。這些結(jié)果表明高濃度微塑料對斑馬魚的生長和發(fā)育具有顯著的毒性作用。因此，后續(xù)實驗選擇了100μg/L作為暴露濃度，以模擬環(huán)境中常見的污染水平。
（2）RNA-seq揭示微塑料暴露下斑馬魚的分子特征
為了深入了解微塑料的長期毒性，研究人員對斑馬魚胚胎進行了96小時的微塑料暴露，并進行了轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）。分析結(jié)果顯示，微塑料暴露導致933個差異表達基因（DEGs），其中292個上調(diào)，641個下調(diào)。基因集富集分析（GSEA）結(jié)合KEGG與GO功能注釋揭示了與免疫反應和氧化應激相關的通路。微塑料暴露顯著上調(diào)了與ROS和炎癥相關的基因表達，如duox（ROS生成關鍵酶）、趨化因子cxcl12b和cxcl4。這些結(jié)果表明，微塑料暴露通過誘導氧化應激和擾亂中性粒細胞遷移，對斑馬魚產(chǎn)生毒性作用。
（3）微塑料損害斑馬魚中性粒細胞遷移并誘導氧化應激
通過尾鰭損傷實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)微塑料暴露顯著增加了中性粒細胞向傷口部位的遷移。同時，微塑料暴露顯著上調(diào)了關鍵炎癥因子（如il-6、il-8、il-1β、tnf-α和tnf-β）的表達。此外，微塑料暴露顯著增加了H2O2水平，并通過DCFH-DA染色證實了細胞內(nèi)ROS水平的升高。氧化應激相關基因（如sod2、gpx2和gpx7）的表達也顯著上調(diào)。這些結(jié)果表明，微塑料通過誘導氧化應激，擾亂了中性粒細胞的正常遷移功能。
（4）微塑料通過H3K18乳酸化介導的乳酸損害斑馬魚中性粒細胞遷移
研究人員進一步探討了微塑料對乳酸化修飾的影響。結(jié)果顯示，微塑料暴露顯著增加了乳酸化相關基因（如ep300a、ep300b、hk2、pkm和ldha）和蛋白（Pan-Kla和H3K18la）的表達。此外，微塑料暴露顯著提高了乳酸水平。通過長期暴露實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)微塑料暴露進一步加劇了ROS水平和乳酸化程度，表明微塑料的毒性效應具有長期累積性。這些結(jié)果表明，微塑料通過增加乳酸水平和H3K18乳酸化修飾，擾亂了中性粒細胞的遷移功能。
（5）H3K18乳酸化通過DUOX調(diào)節(jié)ROS并導致中性粒細胞募集
研究人員利用ChIP-seq技術分析了H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，發(fā)現(xiàn)其在氧化應激相關基因（如duox）的啟動子區(qū)域富集。ChIP-qPCR驗證表明，乳酸處理增加了duox基因的表達，而2-DG處理則降低了這種效應。此外，微塑料暴露增加了H3K18乳酸化對duox啟動子的結(jié)合，這一效應可通過2-DG共處理減弱。這些結(jié)果表明，H3K18乳酸化通過調(diào)節(jié)duox基因表達，增加了ROS生成，從而促進了中性粒細胞的募集。通過尾鰭損傷實驗，研究人員進一步證實了2-DG共處理能夠顯著減弱微塑料誘導的中性粒細胞遷移。這一發(fā)現(xiàn)揭示了H3K18乳酸化在微塑料誘導的免疫毒性中的關鍵作用。
圖4：ChIP-seq分析鑒定影響ROS的乳酸化相關位點。
(A) ChIP-seq和ChIP-qPCR實驗流程示意圖。
(B) GO-BP富集分析，展示與組蛋白乳酸化（H3K18la）結(jié)合基因相關生物學過程。
(C) KEGG富集分析，展示與組蛋白乳酸化（H3K18la）結(jié)合基因組相關信號通路。
(D) 在乳酸、2DG、NPs或NPs+2DG處理的各組中，duox基因與抗體結(jié)合的ChIP-qPCR分析。
(E) 暴露于NPs或共暴露于NPs+2DG的斑馬魚在損傷后3小時中性粒細胞向尾鰭損傷部位的遷移。
（6）氧化應激調(diào)控H3K18乳酸化并導致中性粒細胞募集
為了進一步探討氧化應激與H3K18乳酸化之間的相互作用，研究人員通過外源性調(diào)節(jié)氧化應激水平（H2O2升高和Dpi抑制）進行實驗。結(jié)果顯示，H2O2處理顯著上調(diào)了乳酸化相關基因和H3K18乳酸化蛋白表達，而Dpi處理則顯著下調(diào)了這些指標。這些結(jié)果表明，ROS能夠正向調(diào)節(jié)H3K18乳酸化修飾。尾鰭損傷實驗進一步證實，中性粒細胞遷移水平與氧化應激程度密切相關。因此，研究人員得出結(jié)論，ROS與H3K18乳酸化之間形成了一個正反饋環(huán)路，共同放大了中性粒細胞向炎癥部位的募集。
結(jié)論和啟示
本研究通過斑馬魚活體模型，首次實時可視化并定量證明了MPs暴露顯著增強中性粒細胞向炎癥部位的招募（3小時1.7倍，6小時1.5倍），并闡明該過程由ROS-H3K18la正反饋環(huán)路驅(qū)動。具體而言，MPs暴露導致乳酸化標記（H3K18la、Pan-Kla）上調(diào)約50%，ROS水平升高1.4倍，通過"乳酸化激活duox→ROS生成→ROS促進乳酸化"的自我放大環(huán)路，持續(xù)驅(qū)動中性粒細胞炎癥。此外，藥理學干預證實，2DG或Dpi處理可有效阻斷該環(huán)路，將中性粒細胞遷移恢復至接近基線水平，驗證了其可靶向性。本研究為理解微塑料的免疫毒性機制提供了關鍵的理論依據(jù)。
ChIP-seq技術在本研究中的重要作用
ChIP-seq（染色質(zhì)免疫沉淀測序）技術是本研究的關鍵技術之一，用于分析H3K18乳酸化修飾在基因調(diào)控中的作用。通過ChIP-seq，研究人員能夠識別出H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，揭示其在ROS生成和中性粒細胞遷移中的調(diào)控作用。ChIP-seq技術的應用突破了傳統(tǒng)方法的局限，使得研究人員能夠在全基因組水平上精確分析組蛋白修飾的變化，從而為理解微塑料誘導的免疫毒性提供了分子層面的證據(jù)。
參考文獻：
Wang YL, Yuan XC, Wei CJ, Li KY, Zuo LX, Zhang HY, Ding RC, Zhou R, Zhang YH, Ren DL. Microplastics modulate neutrophil migration via an ROShistone lactylation positive feedback loop. J Hazard Mater. 2025 Oct 13;499:140113. doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.140113.
標題：Microplastics modulate neutrophil migration via an ROS lactylation positive feedback loop（微塑料通過ROS-組蛋白乳酸化正反饋環(huán)路調(diào)控中性粒細胞遷移）
發(fā)表時間：2025-10-13
發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials
影響因子：IF11.3/Q1
技術平臺：RNA-seq、ChIP-seq、ChIP-qPCR等（易基因金牌技術）
作者單位：安徽農(nóng)業(yè)大學
DOI:10.1016/j.jhazmat.2025.140113
近年來，微塑料（MPs）因其顯著的毒性效應而備受關注。既往研究已揭示其對中性粒細胞功能的影響，但在活體生物中實時可視化MPs誘導的中性粒細胞遷移及其調(diào)控機制仍不完全清楚。在此，本研究將斑馬魚暴露于100μg/L的MPs中，發(fā)現(xiàn)在3小時和6小時不同時間區(qū)間，中性粒細胞向炎癥部位的遷移分別增加1.7倍和1.5倍。此外，轉(zhuǎn)錄組分析表明活性氧（ROS）和組蛋白乳酸化參與了該過程。作者進一步證實，MPs顯著上調(diào)乳酸化水平，相關基因（如ep300a、ep300b、ldha）和蛋白（Pan-Kla、H3K18la）升高約50%。與此同時，促炎細胞因子（il-6、il-8、il-1β）升高近1倍，ROS水平升高1.4倍，伴隨氧化應激相關基因（sod2、gpx2）顯著上調(diào)。進一步使用2DG抑制乳酸生成或使用Dpi抑制氧化應激均可使中性粒細胞遷移恢復至基線水平左右。具體而言，乳酸化特異性ChIP-seq和ChIP-qPCR分析揭示，H3K18la修飾促進duox表達，從而增強ROS生成，而ROS又進一步提升乳酸化水平，形成驅(qū)動中性粒細胞遷移的正反饋環(huán)路。本研究首次在活體內(nèi)實時可視化MPs誘導的中性粒細胞遷移，并闡明了其內(nèi)在的ROS-乳酸化互作機制，為理解MPs的免疫毒性提供了新見解。
亮點
- 微塑料加劇體內(nèi)炎癥部位的中性粒細胞募集
- 微塑料在斑馬魚中觸發(fā)氧化應激并提升H3K18乳酸化水平
- H3K18乳酸化-ROS前饋環(huán)路介導微塑料的免疫毒性
研究摘要
研究方法
斑馬魚品系：野生型（WT/AB）和Tg（lyz:EGFP）斑馬魚品系，通過自然繁殖獲得胚胎，并在28.5°C下孵化。
生理和形態(tài)學評估：監(jiān)測斑馬魚的發(fā)育參數(shù)，包括擺動頻率、心率、體長、孵化率和存活率，以評估不同濃度MPs對斑馬魚生長發(fā)育的影響。
尾鰭損傷和成像：對5日齡的Tg（lyz:EGFP）斑馬魚進行尾鰭損傷實驗，通過熒光顯微鏡監(jiān)測中性粒細胞向損傷部位的遷移并定量分析。
暴露和干預處理：使用不同濃度的MPs（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）處理斑馬魚幼體并檢測ROS水平，使用2-DG和Dpi分別抑制乳酸生成和氧化應激。
生化分析：檢測乳酸和H₂O₂水平，并使用Western blot分析H3K18乳酸化蛋白表達。
ChIP-seq和ChIP-qPCR：使用抗H3K18乳酸化抗體進行ChIP實驗，結(jié)合ChIP-seq技術分析H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，并分析篩選與ROS和中性粒細胞遷移相關的基因。目標啟動子區(qū)域通過ChIP-qPCR擴增驗證。
結(jié)果圖形
（1）不同濃度微塑料（MPs）對斑馬魚生長發(fā)育的影響
研究中，斑馬魚幼體暴露于不同濃度的微塑料（10μg/L、100μg/L、1000μg/L）后，對其生長和發(fā)育進行了全面評估。結(jié)果顯示，低濃度（10μg/L）微塑料對斑馬魚的存活率、心率、擺動頻率和體長均無顯著影響，但加速了孵化時間。然而，隨著濃度增加，100μg/L和1000μg/L的微塑料顯著影響了斑馬魚的存活率和體長，并進一步加速了孵化時間。這些結(jié)果表明高濃度微塑料對斑馬魚的生長和發(fā)育具有顯著的毒性作用。因此，后續(xù)實驗選擇了100μg/L作為暴露濃度，以模擬環(huán)境中常見的污染水平。
圖1：不同濃度微塑料暴露對斑馬魚發(fā)育的影響
（2）RNA-seq揭示微塑料暴露下斑馬魚的分子特征
為了深入了解微塑料的長期毒性，研究人員對斑馬魚胚胎進行了96小時的微塑料暴露，并進行了轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）。分析結(jié)果顯示，微塑料暴露導致933個差異表達基因（DEGs），其中292個上調(diào)，641個下調(diào)。基因集富集分析（GSEA）結(jié)合KEGG與GO功能注釋揭示了與免疫反應和氧化應激相關的通路。微塑料暴露顯著上調(diào)了與ROS和炎癥相關的基因表達，如duox（ROS生成關鍵酶）、趨化因子cxcl12b和cxcl4。這些結(jié)果表明，微塑料暴露通過誘導氧化應激和擾亂中性粒細胞遷移，對斑馬魚產(chǎn)生毒性作用。
圖2：轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）揭示微塑料在斑馬魚中的作用機制
（3）微塑料損害斑馬魚中性粒細胞遷移并誘導氧化應激
通過尾鰭損傷實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)微塑料暴露顯著增加了中性粒細胞向傷口部位的遷移。同時，微塑料暴露顯著上調(diào)了關鍵炎癥因子（如il-6、il-8、il-1β、tnf-α和tnf-β）的表達。此外，微塑料暴露顯著增加了H2O2水平，并通過DCFH-DA染色證實了細胞內(nèi)ROS水平的升高。氧化應激相關基因（如sod2、gpx2和gpx7）的表達也顯著上調(diào)。這些結(jié)果表明，微塑料通過誘導氧化應激，擾亂了中性粒細胞的正常遷移功能。
圖3：微塑料增強斑馬魚中性粒細胞遷移并提高ROS水平
（4）微塑料通過H3K18乳酸化介導的乳酸損害斑馬魚中性粒細胞遷移
研究人員進一步探討了微塑料對乳酸化修飾的影響。結(jié)果顯示，微塑料暴露顯著增加了乳酸化相關基因（如ep300a、ep300b、hk2、pkm和ldha）和蛋白（Pan-Kla和H3K18la）的表達。此外，微塑料暴露顯著提高了乳酸水平。通過長期暴露實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)微塑料暴露進一步加劇了ROS水平和乳酸化程度，表明微塑料的毒性效應具有長期累積性。這些結(jié)果表明，微塑料通過增加乳酸水平和H3K18乳酸化修飾，擾亂了中性粒細胞的遷移功能。
（5）H3K18乳酸化通過DUOX調(diào)節(jié)ROS并導致中性粒細胞募集
研究人員利用ChIP-seq技術分析了H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，發(fā)現(xiàn)其在氧化應激相關基因（如duox）的啟動子區(qū)域富集。ChIP-qPCR驗證表明，乳酸處理增加了duox基因的表達，而2-DG處理則降低了這種效應。此外，微塑料暴露增加了H3K18乳酸化對duox啟動子的結(jié)合，這一效應可通過2-DG共處理減弱。這些結(jié)果表明，H3K18乳酸化通過調(diào)節(jié)duox基因表達，增加了ROS生成，從而促進了中性粒細胞的募集。通過尾鰭損傷實驗，研究人員進一步證實了2-DG共處理能夠顯著減弱微塑料誘導的中性粒細胞遷移。這一發(fā)現(xiàn)揭示了H3K18乳酸化在微塑料誘導的免疫毒性中的關鍵作用。
圖4：ChIP-seq分析鑒定影響ROS的乳酸化相關位點。
(B) GO-BP富集分析，展示與組蛋白乳酸化（H3K18la）結(jié)合基因相關生物學過程。
(C) KEGG富集分析，展示與組蛋白乳酸化（H3K18la）結(jié)合基因組相關信號通路。
(D) 在乳酸、2DG、NPs或NPs+2DG處理的各組中，duox基因與抗體結(jié)合的ChIP-qPCR分析。
(E) 暴露于NPs或共暴露于NPs+2DG的斑馬魚在損傷后3小時中性粒細胞向尾鰭損傷部位的遷移。
（6）氧化應激調(diào)控H3K18乳酸化并導致中性粒細胞募集
為了進一步探討氧化應激與H3K18乳酸化之間的相互作用，研究人員通過外源性調(diào)節(jié)氧化應激水平（H2O2升高和Dpi抑制）進行實驗。結(jié)果顯示，H2O2處理顯著上調(diào)了乳酸化相關基因和H3K18乳酸化蛋白表達，而Dpi處理則顯著下調(diào)了這些指標。這些結(jié)果表明，ROS能夠正向調(diào)節(jié)H3K18乳酸化修飾。尾鰭損傷實驗進一步證實，中性粒細胞遷移水平與氧化應激程度密切相關。因此，研究人員得出結(jié)論，ROS與H3K18乳酸化之間形成了一個正反饋環(huán)路，共同放大了中性粒細胞向炎癥部位的募集。
結(jié)論和啟示
本研究通過斑馬魚活體模型，首次實時可視化并定量證明了MPs暴露顯著增強中性粒細胞向炎癥部位的招募（3小時1.7倍，6小時1.5倍），并闡明該過程由ROS-H3K18la正反饋環(huán)路驅(qū)動。具體而言，MPs暴露導致乳酸化標記（H3K18la、Pan-Kla）上調(diào)約50%，ROS水平升高1.4倍，通過"乳酸化激活duox→ROS生成→ROS促進乳酸化"的自我放大環(huán)路，持續(xù)驅(qū)動中性粒細胞炎癥。此外，藥理學干預證實，2DG或Dpi處理可有效阻斷該環(huán)路，將中性粒細胞遷移恢復至接近基線水平，驗證了其可靶向性。本研究為理解微塑料的免疫毒性機制提供了關鍵的理論依據(jù)。
ChIP-seq技術在本研究中的重要作用
ChIP-seq（染色質(zhì)免疫沉淀測序）技術是本研究的關鍵技術之一，用于分析H3K18乳酸化修飾在基因調(diào)控中的作用。通過ChIP-seq，研究人員能夠識別出H3K18乳酸化修飾的基因組結(jié)合位點，揭示其在ROS生成和中性粒細胞遷移中的調(diào)控作用。ChIP-seq技術的應用突破了傳統(tǒng)方法的局限，使得研究人員能夠在全基因組水平上精確分析組蛋白修飾的變化，從而為理解微塑料誘導的免疫毒性提供了分子層面的證據(jù)。
參考文獻：
Wang YL, Yuan XC, Wei CJ, Li KY, Zuo LX, Zhang HY, Ding RC, Zhou R, Zhang YH, Ren DL. Microplastics modulate neutrophil migration via an ROShistone lactylation positive feedback loop. J Hazard Mater. 2025 Oct 13;499:140113. doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.140113.
標簽：
ChIP-seq
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