原文出自 Toxics 期刊

Shi, J.; Zhang, Y.; Ma, Y.; Chen, Z.; Jia, G. Long Non-Coding RNA Expression Profile Alteration Induced by Titanium Dioxide Nanoparticles in HepG2 Cells. Toxics 2022, 10, 724. https://doi.org/10.3390/toxics10120724

研究背景

肝脏被认为是纳米二氧化钛 (TiO₂ NPs) 经口暴露的主要靶器官，但目前对于 TiO₂ NPs 肝毒性的机制尚未完全了解。长链非编码RNA (lncRNA) 是转录长度范围在 200 nt 到 100 kb 之间的长链非编码 RNA，是转录调控的关键因素之一，影响生物体细胞所有基本进程，包括染色质信息、复制、转录、剪接、翻译和翻译后修饰。基于此，北京大学陈章健副研究员团队在 Toxics 期刊发表了研究论文，探讨了 TiO₂ NPs 对人肝癌细胞中 lncRNA 表达谱的影响，并试图通过生物信息学分析了解肝毒性的潜在机制。

研究成果

本研究共鉴定出46759个 lncRNA。研究人员根据 lncRNA 在基因组中与附近 mRNA 的位置关系，对其进行了分类，最终得到正义内含子、反义内含子、正义外显子、反义外显子、基因间以及双向 RNA 的数量分别为5089、1621、12782、9855、12829和4583。lncRNA 中最多的种类为 lincRNA，占27.4%。主成分分析结果显示对照组和处理组是具有差异性的 (图1)。

图1. TiO₂ NPs 的 lncRNA 表达分析。

lncRNA 长度在 32~674512 bp 之间，中位长度为 821 bp。如图2a所示，lncRNA 略短于mRNA (中位长度为 953 bp)。大约30.3%的 lncRNA 包含2个外显子，而 mRNA 包含200个1~363个外显子 (图2)。表达水平分析显示，lncRNA 整体表达水平略低于 mRNA 表达水平(均值0.31: 0.52，图2c)。

图2. lncRNA 与 mRNA 的特征比较。

研究人员最终筛选出129个差异 lncRNA，其中65个上调，64个下调 (图3a)。在差异 lncRNA 中，有1个正义内含子、1个反义内含子、51个正义外显子、31个反义外显子、33个基因内以及12个双向 RNA (图3b）。图3c显示了 TiO₂ NPs 处理组与对照组之间差异 lncRNA 的聚类热图，说明处理组与对照组对 lncRNA 的影响具有差异性。

图3. TiO₂ NPs 的 lncRNA 差异表达分析。

研究人员将差异 lncRNA 的靶基因与 mRNA 取交集，结果显示 lncRNA NONHSAT173563.1 下调，匹配的 mRNA SMIM22 233 显著上调 (p < 0.05)；lncRNA NONHSAT256380.1 下调，匹配的 mRNA JRK 显著下调 (p < 0.05) (图4a)。研究人员随后对交叉基因进行了 KEGG 富集分析，结果显示，Hedgehog 信号通路、抗利尿激素调节的水重吸收通路和谷氨酸能突触是富集显著的三条通路 (校正 p < 0.05) (图4b和4c)。在 Hedgehog 信号通路中，NONHSAT041057.2、NONHSAT091417.2、NONHSAT250525.1、NONHSAT056661.2、MSTRG.32312.1 发生变化。

图4. TiO₂ NPs 通路分析。

研究总结

本研究发现，TiO₂ NPs 暴露可诱导 lncRNA 表达谱发生差异性变化，KEGG 通路分析则表明这些差异 lncRNAs 可能通过干扰 Hedgehog 信号通路等参与肝毒性，同时验证了两个 lncRNA-mRNA 网络，表明表观遗传学可能在 TiO₂ NPs 诱导的肝毒性机制中发挥重要作用。

第一作者

史佳琪

北京大学

北京大学公共卫生学院劳动卫生与环境卫生学系硕士研究生在读，主要研究方向为纳米毒理学。

通讯作者

陈章健 副研究员

北京大学

北京大学公共卫生学院助理教授、副研究员、博士生导师。主要研究方向为纳米毒理学、纳米材料生物效应及安全性评价、大气颗粒物健康效应。目前已在国内外重要期刊发表第一或通讯作者文章多篇，主持和参与多项国家科研项目。

Toxics 期刊介绍

主编：Demetrio Raldúa IDAEA-CSIC, Spain

期刊发表与有毒有害化学物质和材料相关的学术文章，主题范围涵盖毒理学、生态毒理学、环境科学、环境工程、环境化学和流行病学等学科。期刊已被 Web of Science、PubMed 和 Scopus 等多个数据库收录。

2021 Impact Factor：4.472

Time to First Decision：15 Days

Time to Publication：36 Days