项目文章 | Theranostics — 单细胞转录组测序技术揭示玉米赤霉烯酮对原始卵泡发育的毒害作用

近日，青岛农业大学沈伟课题组在期刊《Theranostics》上发表了题为“Single-cell transcriptomic profiling provides insights nto the toxic effects of Zearalenone exposure on primordial follicle assembly”的研究论文，青岛农业大学生殖细胞生物学课题组李兰副教授为文章的通讯作者，硕士生田宇为文章第一作者。该研究利用10x Genomics单细胞转录组测序技术，揭示了玉米赤霉烯酮（ZEN）通过Hippo信号通路影响生殖细胞和颗粒细胞的状态，抑制原始卵泡的形成。该研究有助于进一步了解ZEN对不同细胞毒性作用的机制和对细胞间信号转导的干扰，并为ZEN生殖毒性机理研究提供了新的视角。

玉米赤霉烯酮（ZEN），又称F-2毒素，是一种由感染镰刀菌的谷物产生的环境类雌激素。由于其化学结构与内源性雌激素相似，如由口服方式摄入，会对大多数哺乳动物的生育能力造成严重影响，对食品安全和畜牧业的发展造成重大威胁。之前的研究已经发现，ZEN会严重抑制原始卵泡（PF）的发育，但具体影响机制仍有待探索。

为了研究ZEN对PF发育的影响，从交配16.5天开始每天给围产期小鼠口服ZEN，观察子代小鼠卵巢发育情况，并对其子代卵巢组织进行10x Genomics单细胞转录组测序。分析发现，ZEN会影响PF形成过程中卵巢细胞的动态基因表达，其中关键的转录因子Lhx8的RNA和蛋白水平均显著降低。根据热图分析结果，研究人员将整个小鼠卵巢组织细胞群分为6种细胞类型：生殖细胞簇、颗粒细胞簇、间质细胞簇、内皮细胞簇、红细胞聚类和免疫细胞簇。

10x Genomics单细胞转录组测序结果和卵巢细胞簇类型的鉴定（图片引自文献[1]）

该研究还发现，ZEN能导致γ-H2AX等细胞凋亡相关基因在生殖细胞和颗粒细胞中富集，这说明ZEN可能通过促进生殖细胞和颗粒细胞的凋亡，抑制PF发育。对不同时期生殖细胞和颗粒细胞的差异表达基因（DEGs）进行鉴定，结果发现，大部分DEGs在细胞周期、细胞凋亡、DNA损伤、细胞发育和细胞生长相关的通路中富集，并且受ZEN影响，Hippo信号通路中的基因表达普遍上调，这可能是由于Wnt信号通路和TGF-beta信号通路的关键因子Wnt4、Fzd2、Bmp2、Bmpr1b作为配受体在Hippo信号通路的上游部分发挥了调控作用。另外，研究发现Yap1也通过Hippo信号通路发挥了重要作用。

在PF发育过程中ZEN主要影响的分子信号动力学示意图（图片引自文献[1]）

本研究借助10x Genomics单细胞转录组测序确定了ZEN雌性小鼠生殖细胞和颗粒细胞的影响，重新定义了ZEN特定类型细胞的毒性作用，发现ZEN能够显著抑制PFs的形成，且导致雌性小鼠生殖细胞和颗粒细胞的生长状态显著改变。这些结果进一步证实了ZEN对PF发育严重的毒性影响，为后续的深入研究提供了理论基础。

参考文献：

1. Yu Tian , Ming-Yu Zhang , Ai-Hong Zhao, et al. Single-cell transcriptomic profiling provides insights nto the toxic effects of Zearalenone exposure on primordial follicle assembly. Theranostics. 2021; 11(11):5197-5213.