多环芳烃暴露致学习记忆改变过程中的microRNA差异表达研究

Learning and memory deficits are the most prominent manifestation of neurotoxicity caused by polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) exposure, but the mechanism remains unclear. MicroRNAs play an important regulatory role in learning and memory processes through mediating oxidative stress induced by environmental factors and regulating the synthesis of neurotransmitter by inhibiting target gene expression. The purpose of the research is to examine whether microRNAs attribute to PAHs-induced neurotoxicity on learning and memory. Workers occupationally exposed or unexposed to PAHs are to be selected as subjects. Both miRNA microarray analysis and RT-PCR will be performed to determine the change of miRNA expression in blood leukocyte. Rat model of PAHs exposure is to be established to investigate the effects on miRNA expression, oxidative stress and the content of neurotransmitter in brain. Collectively, potential regulatory role of miRNA will be explored on impaired learning and memory induced by PAHs. The study is intended to provide better insight into the epigenetic mechanisms of PAHs-induced learning and memory injury, and also to provide a basis for looking for molecular biomarkers of PAHs-induced neurotoxicity.

学习记忆功能下降是多环芳烃神经毒性最突出的表现，但具体机制尚不清楚。microRNA可以介导环境因素对氧化应激的应答反应，并可通过抑制靶基因的表达调控神经递质的合成，对学习和记忆过程具有重要作用，因此我们推测microRNA可能在多环芳烃神经毒性中发挥作用。本研究将采用miRNA芯片技术和实时定量PCR筛选多环芳烃职业暴露人群外周血差异表达的microRNA，分析多环芳烃致学习记忆改变与miRNA 差异表达的关系，并建立多环芳烃暴露致学习记忆改变的大鼠模型，探讨多环芳烃暴露对大鼠脑组织microRNA表达、氧化应激水平及神经递质含量改变间的影响，分析microRNA在多环芳烃暴露致学习记忆功能下降中的调节作用及其可能机制，为深入研究多环芳烃神经毒性的表观遗传机制提供基础，并为寻找职业多环芳烃暴露致神经毒性的分子标志物提供依据。

miRNAs 在学习和记忆过程中起重要调节作用。本课题通过人群研究和动物实验探讨 PAHs 引起学习记忆改变情况，测定了氧化应激水平，采用Elisa法检测神经递质含量，用miRNA芯片筛选差异表达的 miRNA。动物实验结果表明高PAHs染毒大鼠Morris水迷宫实验平台象限停留时间缩短，旷场站立时间延长，谷氨酸含量降低，去甲肾上腺素含量增高，差异表达的miRNA以下调为主。2-羟基芴在采煤工人中分布浓度最高，PAHs高暴露的工人紧张-焦虑和困惑-迷茫得分增多，平均反应时间延长，有力-好动、倒序、数字译码、视觉记忆和正确打点数得分降低，∑OH-PAHs与数字译码和视觉记忆等呈负相关。∑OH-PAHs水平高的工人5-HT、乙酰胆碱和肾上腺素含量高于低暴露组，而乙酰胆碱酯酶和谷氨酸含量降低。不同PAHs暴露组工人差异表达上调的基因数31个，下调的有11个。miR-885-5p和miR-20a-5p高暴露组表达水平高于低暴露组，而let-7i-3p表达下调。差异表达的miRNA靶基因富集于DNA转录调节、信号转导、氧化还原、蛋白质氨基磷酸化、细胞周期、细胞凋亡等生物学过程；在分子功能方面，差异表达的miRNA靶基因主要富集于DNA和蛋白结合、ATP结合、金属离子结合等，主要存在于细胞膜、细胞浆、细胞核等细胞成分中。综合上述究结果，本研究为进一步探讨miRNA 在 PAHs 神经毒性中的表观遗传机制提供了基础。