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E&H新文解读 | 视黄酸 (RA) 诱导的SH-SY5Y细胞分化过程中细胞脂质组变化

时间：2023-09-09 来源：浏览：

E&H新文解读 | 视黄酸 (RA) 诱导的SH-SY5Y细胞分化过程中细胞脂质组变化

ACS美国化学会

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以下文章来源于Environ Health 环境与健康，作者E&H编辑部

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Cellular lipidome changes during retinoic acid (RA)-induced differentiation in SH-SY5Y cells: a comprehensive in vitro model for assessing neurotoxicity of contaminants

视黄酸 (RA) 诱导的SH-SY5Y细胞分化过程中细胞脂质组变化：一个评估污染物神经毒性的综合体外模型

作者：Michelle Camdzic, Diana S. Aga, G. Ekin Atilla-Gokcumen*

单位：Department of Chemistry, University at Buffalo, The State University of New York (SUNY), Buffalo, NY USA 14260

背景介绍

人类神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y常作为体外模型，用于研究环境污染物和异生素的潜在神经毒性作用以及各种神经系统疾病。通过使用视黄酸 (RA) 等化学物质可以将SH-SY5Y细胞分化为成熟的神经元样细胞，用于获得特定的神经元亚型。之前的研究调查了分化过程中的蛋白质组和转录组，但在此过程中细胞脂质组的调节尚未探索。了解分化过程中发生的分子变化对研究各种环境污染物暴露的神经毒性至关重要。

文章亮点

1. 本文阐明了在RA诱导SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞向神经元样细胞分化过程中细胞脂质组的变化；

2. 未分化和分化的SH-SY5Y细胞的细胞脂质组存在全局差异；

3. 非靶向和靶向脂质组学结果表明分化过程中固醇、鞘脂和甘油三酯的含量变化显著。

图文解读

1. 以SH-SY5Y细胞系为模型系统进行分化研究

使用靶向和非靶向脂质组学研究SH-SY5Y细胞分化过程中细胞脂质组的变化。首先对这些细胞进行分化 (图1A)，分化过程伴随着剧烈的形态变化，使用相差和荧光显微镜对细胞进行成像，结果表明分化的细胞表现出长而广泛的分支神经元样结构且其β-III微管蛋白的荧光明显增加 (图1B)。

图1. SH-SY5Y细胞分化和成像结果

2. 非靶向脂质组学—SH-SY5Y细胞向神经元样细胞分化过程中细胞脂质组的变化

通过层次聚类生成的热图观察到分化和未分化细胞的明显聚类 (图2A)，这表明脂质组的主要组成差异发生在分化过程中。其中共有44种物质在分化过程中发生了显著变化，其中磷脂 (41%) 和甘油三酯 (TAGs) (31%) 的变化最为明显 (图2B)。还发现在分化细胞中胆固醇等固醇水平显著提高，这可能是因为胆固醇是突触和树突形成以及轴突导向所必需的。与其他研究结果不同的是，本文发现分化细胞中长链磷脂酰胆碱 (PC) 被耗尽，可能被用于其他磷脂种类的生物合成；而神经酰胺和鞘磷脂由于参与轴突投射和生长在分化细胞中上调，与非靶向脂质组学结果一致。此外，分化细胞中TAG显著耗尽，其中长链TAG和不饱和TAG比较突出，可能是由于它们的新陈代谢会合成神经元分化过程中的脂质。神经母细胞瘤细胞中Δ4去饱和酶的活性降低，这可能是分化细胞中不饱和TAG水平均较低的原因。

图2. 对分子提取特征进行层次聚类结果及MS/MS结果统计

3. 靶向脂质组学—神经元分化过程中磷脂、鞘脂和甘油脂的变化

根据非靶向分析的结果，对具有不同酰基链长度和不饱和度的各种脂类进行靶向分析。与未分化的细胞相比，分化的细胞中，大多数磷脂种类 (除了PC和PAs) 水平明显升高 (P≤0.05，图3)，多种类型的PC含量明显下降，与醚基连接的三种PC在分化细胞中被耗尽，而中链PC则略有积累。分化细胞中的TAG明显下降，这可能是由于TAG周转为膜重塑提供了额外的磷脂 (图1B，图3)。另外，在分化的细胞中所有的Cers, HexCers, DiHCers, DeoxyCers和一些SMs等鞘脂水平较高，这对于大脑的正常发育和神经系统的完整性至关重要。

图3.靶向脂质组学检测神经元分化过程中磷脂、鞘脂和甘油脂的变化

总结与展望

本研究报告了一种新的体外细胞模型，利用非靶向和靶向脂质组学技术研究神经元分化过程中细胞脂质组的变化，以深入了解化学品的神经毒性机制。研究结果表明，SH-SY5Y细胞在神经元分化过程中，未分化和分化的细胞脂质组存在明显差异，尤其是磷脂和鞘脂在分化的细胞中含量水平明显更高，而甘油三酯则被耗尽。这些变化可能与分化过程中发生的形态学变化有关，需要额外的脂质生产来满足增加的膜需求。这些脂质组的变化可能会影响细胞对不同扰动的反应，同时也可能会显著影响细胞膜的生物物理特性，并可能影响异生素的摄取及其细胞毒性。本研究为更好地理解神经元分化过程中的生化变化提供了手段，同时为未来研究环境污染物相关的神经系统疾病提供了参考。

作者团队介绍

本文通讯作者：

G. Ekin Atilla-Gokcumen* 布法罗大学化学系教授

研究方向：

1. 生物有机和药物化学

2. 探索脂质在不同细胞命运中的参与过程

3. 基于LC-MS的脂质组学研究

4. 目标脂质的生化表征

感谢中国科学院生态环境研究中心彭汉勇研究员和邵杰副研究员帮助撰写审核推文！

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