空间代谢解码 | 孕期毒理新发现！揭秘新污染物跨胎盘转运关键机制

妊娠期暴露于环境污染物可能干扰胎儿发育并伴随远期健康风险，疏水性持久性有机污染物（POPs）对胎儿发育的危害是环境毒理学的研究热点。传统研究污染物母子传递多依赖于分娩时的母胎样本比较，缺少妊娠各阶段污染物的时空分布信息。质谱成像驱动的空间代谢组学技术能原位获取数千种分子的空间分布信息，结合多组学技术，有望成为解析污染物母胎传递机制的全新策略。

近日，北京大学城市与环境学院万祎教授团队在《Advanced Science》上发表研究论文，_{研究采用Ph4PCl增强的AFADESI-Orbitrap质谱成像技术，首次可视化呈现外源污染物与内源代谢物在妊娠全程的空间分布及积累动态}，结合多组学技术，鉴定出关键污染物转运蛋白SR-B1并阐明转运机制，明确孕早期向血营养过渡阶段为胎儿暴露的关键窗口期，为孕期环境污染物风险评估与防控提供了全新的科学依据。

质谱成像技术突破：实现毒物与代谢物的同步空间可视化

疏水性 POPs 因缺乏可电离官能团，其组织内空间分布的直接成像一直是技术难点。万祎教授团队此前通过在喷雾溶剂中添加四苯基氯化膦（Ph₄PCl），结合AFADESI-Orbitrap质谱成像技术，显著提升了卤代烷烃类物质的检测灵敏度，为此类疏水性污染物的高灵敏检出建立了良好基础。(DOI:10.1021/acs.est.3c05817)

本研究沿用该技术，首次实现了疏水性污染物中链氯化石蜡（MCCPs）在胎盘与胎鼠组织中的全妊娠期空间分布可视化。结果显示，在胎盘中，MCCPs在妊娠早期（E10.5–E12.5）时于胎盘迷路区（LZ）浓度最高，迷路区正是胎盘母胎物质交换的核心区域；而当胎盘发育至E14.5之后，MCCPs在胎盘中的空间分布特征发生逆转，此时MCCPs在胎盘蜕膜区（DZ）最高。动态变化分析表明，MCCPs在LZ区的浓度于E12.5达到峰值，证实E10.5–E12.5是暴露的关键窗口期。在胎鼠中，中 枢神经系统在E13.5达到峰值后快速下降，这为后续解析毒物的器官特异性毒性提供了精准的空间定位信息。

图1 疏水性MCCPs（代表性同系物：C₁₆H₂₇Cl₇）在发育中胎盘和胎鼠中的时空异质性（点击查看大图）

多组学联合锁定跨胎盘关键转运蛋白SR-B1

为解析孕早期毒物高效跨胎盘转运的分子机制，研究将质谱成像空间代谢组学数据与胎盘单细胞核RNA测序snRNA-seq数据整合分析，通过t-SNE划分出滋养层祖细胞（LaTP）及其后代分化细胞（SynTI、SynTII、S-TGC）。发育动态显示，祖细胞在E9.5–E14.5逐渐减少，而构成胎盘屏障的分化细胞则逐渐增加。结合污染物在LZ中E11.5多、E14.5后少的分布趋势，筛选出在胎盘迷路区祖细胞中高表达、在分化细胞中低表达的脂质相关蛋白SR-B1，为孕早期介导疏水性毒物跨胎盘转运的关键阶段特异性蛋白。经空间转录组和免疫组化验证，其时空表达模式与污染物及内源脂质一致。

图2 胎盘疏水性毒物和脂质转运蛋白的鉴定

质谱成像直观验证SR-B1调控作用

已知SR-B1通过与高密度脂蛋白（HDL）相互作用参与脂质运输，研究推测污染物可能通过该途径进入胎鼠。细胞摄取与分子对接实验证实，污染物结合HDL形成复合物，由SR-B1介导进入细胞。研究进一步对三组样本开展成像分析：MCCPs单独、MCCPs联合PPARγ激动剂Rosi（以调控SR-B1表达）、以及MCCPs联合SR-B1抑制剂BLT-1。结果显示，Rosi显著增加MCCPs及多种脂质在胎盘迷路区与胎儿肝脏的分布，BLT-1则显著减少，直观验证了SR-B1对污染物与脂质跨胎盘转运的调控作用。

图3 SR-B1介导的疏水性MCCPs与脂质在体内的跨胎盘转运（点击查看大图）

污染物妊娠早期暴露诱发的潜在神经毒性

鉴于MCCPs在早期胎儿中 枢神经系统（CNS）有明显分布，研究重点评估了该阶段的空间代谢干扰。结果显示，E11.5时MCCPs暴露导致胎儿CNS中磷脂酰甘油（PG）、磷脂酰肌醇（PI）、神经酰胺（Cer）和二酰甘油（DG）等多种毒性脂质显著升高，并持续至E17.5。细胞实验进一步验证了MCCPs的脂毒性效应。该发现首次证实妊娠早期暴露于疏水性污染物可引起胎儿神经脂质稳态的持续性紊乱。

图4 早期接触疏水性毒物与胎儿神经脂质稳态的持续破坏相关（点击查看大图）

AFADESI-Orbitrap质谱成像

开启孕期毒理研究新范式

此前，污染物转运机制的研究多依赖于分娩时的母胎样本比较，或更倾向于靶向代谢组学检测，缺乏对整个妊娠期（尤其是妊娠早期）污染物与内源代谢物时空异质性的系统解析。本研究万祎教授团队采用AFADESI-Orbitrap质谱成像技术实现污染物与内源代谢物的同步高灵敏成像，开展非靶向空间代谢组学分析，这为解析外源污染物转运机制、发现潜在毒性提供全新视角。

质谱成像技术将有力推动环境毒理学研究向纵深发展，通过直观可视化毒性物质在生物体内的分布与代谢，助力精准识别潜在毒性靶点与关键生物学途径，为深入理解 毒性传递机制、发现潜在发育毒性、开展精准环境风险评估提供坚实的技术支撑与创新的方法范式。

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