解析文章：《Novel plasma cytokines identified and validated in children during lead exposure according to the new updated BLRV》

鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-024-81215-2

背景

鉛（Pb）是一種普遍存在的環(huán)境污染物，對人類健康構(gòu)成顯著威脅，特別是對兒童而言。鉛的神經(jīng)毒性和免疫毒性已廣為人知，可能導致兒童發(fā)育、認知和行為障礙。盡管已有大量研究，但鉛毒性的機制仍不完全清楚。細胞因子作為免疫反應(yīng)和炎癥過程中的關(guān)鍵因素，近年來被視為鉛毒性的潛在生物標志物。隨著美國疾病控制與預(yù)防中心（CDC）將血鉛參考值（BLRV）更新為3.5 ?g/dL，探索新型生物標志物和機制的需求變得更加迫切。

方法

本研究招募了100名1至5歲的健康兒童，根據(jù)BLRV分為兩組：高BLRV組（≥3.5 ?g/dL）和低BLRV組（<3.5 ?g/dL）。研究分為兩個階段：發(fā)現(xiàn)階段和驗證階段。在發(fā)現(xiàn)階段，使用RayBio? Human Cytokine Antibody Arrays G Series 2000試劑盒分析血漿樣本中的細胞因子水平，該試劑盒能夠檢測174種人類細胞因子。在驗證階段，通過酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）對9種顯著差異的細胞因子進行驗證。此外，還進行了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析、基因本體論（GO）富集分析和京都基因與基因組百科全書（KEGG）通路分析，以探索顯著差異表達蛋白（DEPs）的作用。

實驗

樣本收集與處理

從每個參與者處采集靜脈血樣本，用于測量鉛水平和分離血漿。血鉛水平通過火焰原子吸收光譜法測定。血漿樣本存儲在-80℃條件下，以備后續(xù)分析。

細胞因子檢測

RayBio? Human Cytokine Antibody Arrays G Series 2000試劑盒

品牌與貨號：RayBiotech，貨號AAH-CYT-G2000-8

產(chǎn)品名稱：Human Cytokine Array G2000

作用：該試劑盒能夠同時檢測多種人類細胞因子，為高通量篩選和定量分析提供了便捷的方法。在本研究中，它用于發(fā)現(xiàn)階段，幫助研究者快速識別出與鉛暴露顯著相關(guān)的細胞因子。

價值：

高通量：能夠同時檢測174種細胞因子，大大提高了研究效率。

高靈敏度：能夠準確測量低濃度的細胞因子，有助于發(fā)現(xiàn)細微的生理變化。

可靠性：經(jīng)過嚴格的質(zhì)量控制，確保結(jié)果的準確性和可重復(fù)性。

易用性：操作簡便，減少了實驗過程中的誤差和不確定性。

在發(fā)現(xiàn)階段，使用RayBio Human Cytokine Antibody Arrays G Series 2000試劑盒對隨機選取的4名高BLRV兒童和4名低BLRV兒童的血漿樣本進行分析。結(jié)果顯示，IL-6、IL-8和IL-17水平顯著升高，而BDNF、BMP-4、IGF-1、IL-7、IL-10和Leptin水平顯著降低。

驗證階段

在驗證階段，通過ELISA對發(fā)現(xiàn)階段中顯著差異的9種細胞因子進行進一步驗證。ELISA結(jié)果證實了發(fā)現(xiàn)階段的發(fā)現(xiàn)，即高BLRV組兒童的IL-6、IL-8和IL-17水平顯著高于低BLRV組，而BDNF、BMP-4、IGF-1、IL-7、IL-10和Leptin水平則顯著低于低BLRV組。

統(tǒng)計分析

使用t檢驗、卡方檢驗、Pearson相關(guān)性和多元邏輯回歸分析等方法對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。結(jié)果顯示，這些細胞因子與BLRV之間存在顯著的相關(guān)性，而與年齡、性別和BMI無顯著相關(guān)性。

生物信息學分析

PPI網(wǎng)絡(luò)分析：使用STRING在線工具分析DEPs的PPI網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果顯示BDNF、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、IL-17和Leptin等節(jié)點蛋白與其他多種蛋白存在強相互作用，表明它們在鉛毒性中可能發(fā)揮核心作用。

GO富集分析：探索DEPs的生物學功能，結(jié)果顯示這些蛋白主要涉及“肌管分化負調(diào)控”、“神經(jīng)生長因子信號通路”和“側(cè)枝萌發(fā)正調(diào)控”等生物過程。

KEGG通路分析：分析DEPs涉及的信號通路，結(jié)果顯示它們主要富集于“酒精中毒”、“神經(jīng)營養(yǎng)因子信號通路”和“可卡因成癮”等通路，提示這些通路可能在鉛毒性中發(fā)揮重要作用。

結(jié)論

本研究首次基于新的BLRV閾值（3.5 ?g/dL），在兒童中探索了血漿蛋白的變化。通過發(fā)現(xiàn)和驗證階段的研究，共識別并驗證了9種顯著差異表達的細胞因子（BDNF、BMP-4、IGF-1、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、IL-17和Leptin）。這些細胞因子不僅可作為鉛毒性的生物標志物，還可能在鉛誘導的病理過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

鉛毒性機制復(fù)雜且尚未完全闡明，涉及多個基因和通路。本研究通過生物信息學工具（如GO和KEGG分析）為揭示鉛毒性機制提供了有力支持。研究結(jié)果表明，鉛暴露可能通過干擾細胞因子網(wǎng)絡(luò)來破壞免疫平衡和引發(fā)炎癥反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)為早期檢測和干預(yù)鉛暴露提供了科學依據(jù)，并有助于進一步研究鉛暴露與免疫失調(diào)及神經(jīng)功能障礙之間的機制聯(lián)系。

討論

細胞因子在鉛毒性中的作用：細胞因子作為免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，在鉛毒性中可能發(fā)揮多重作用。例如，IL-6和IL-8等促炎細胞因子可能加劇炎癥反應(yīng)和組織損傷，而BDNF和IGF-1等神經(jīng)營養(yǎng)因子則可能保護神經(jīng)系統(tǒng)免受鉛毒性的損害。

生物標志物的潛力：本研究識別的細胞因子具有作為鉛毒性生物標志物的潛力，可用于早期診斷、預(yù)后評估和監(jiān)測鉛暴露情況。這些標志物不僅有助于識別高風險人群，還可為制定個性化干預(yù)措施提供依據(jù)。

研究局限性：本研究存在一些局限性，如橫斷面設(shè)計無法建立BLRV升高與細胞因子變化之間的因果關(guān)系、未考慮其他潛在混雜因素（如營養(yǎng)狀況、遺傳易感性或同時暴露于其他環(huán)境毒素）等。未來研究應(yīng)采用縱向設(shè)計并探索更多潛在混雜因素以增強結(jié)論的可靠性。

綜上所述，本研究通過綜合運用高通量篩選技術(shù)、生物信息學分析和傳統(tǒng)驗證方法，在兒童鉛暴露領(lǐng)域取得了重要進展。這些發(fā)現(xiàn)為深入理解鉛毒性機制、開發(fā)新型生物標志物和制定有效干預(yù)措施提供了有力支持。