微精选

扫描电子显微镜证实了直径为0.5μm(NPs)和5μm(MPS)的聚苯乙烯MPS/NPs的形态。PND21的小鼠被用来评估MPS/NPs的神经毒性效应(图1B)。采用Y迷宫测试和MWM测试评估认知功能、短期和长期工作记忆。在Y迷宫测试中的自然交替阶段，MPS组没有观察到明显的变化(图1C-E)。此外，在空间新颖性识别阶段，NPs组和MPS组在新的手臂上表现出明显的更少的时间和更短的距离，其中NPs组表现更明显(图1F-H)。

在MWM测试结果中，对照组小鼠在连续五天的训练中表现出达到目标的潜伏期逐渐缩短。暴露于MPS或NPS的小鼠确实比对照组表现出显著更长的到达目标的潜伏期(图1I，J)。此外，NPs介导的青春期小鼠的认知受损(图1K-N)。结果还显示，在NPs或MPS暴露后，小鼠的总行走距离略有减少(图1O)。

在研究中，对海马区神经元损伤进行了免疫非荧光染色以检测特定标记物，我们发现与对照组相比，暴露于NPs的小鼠海马区CA1和CA3区的Neun+细胞减少，CA1区有显著差异，而MPS暴露对海马神经元的数量没有显著影响(图2A-D)。通过测量SOX2细胞的数量来评估MPS或NPS暴露对神经发生的影响。如图2E和F所示，MPS暴露组小鼠的SOX2细胞没有明显变化。这些发现与NPs导致显著认知障碍的观察结果一致。此外，如图2G所示，暴露于NPs和MPS导致海马区CA1区成熟的树突棘转变为未成熟的突起。MPS暴露组大鼠海马CA1区脊椎密度显著降低，NPS暴露组呈下降趋势(图2H)。研究结果显示，青春期接触NPs会导致神经元损伤和神经发生受损，而MPS会导致小鼠海马树突棘丢失，可能导致认知功能障碍。

通过免疫荧光染色观察小胶质细胞标记物IBA-1和星形胶质细胞标记物GFAP的表达，以检测海马区胶质细胞的活化和结构。图3A和图B显示了与对照组相比，暴露于NPs的小鼠海马区CA3区IBA-1+细胞显著增加。同时，暴露于NPs的海马区GFAP+细胞数量的上升(图3C，D)。此外，以分支增多为特征的星形胶质细胞的形态变化是神经胶质细胞激活的重要标志。对海马CA1区星形胶质细胞的详细Sholl分析显示，与对照组相比，NPs组和MPS组的突起交叉点(图3E-G)和终止半径(图3H)均显著增加。在分支指数方面，NPS暴露组比未暴露组显著增加，而MPS暴露组没有显著影响(图3I)。总体而言，这些发现表明，青少年接触MPS或NPs，特别是NPs会导致认知障碍，主要与海马区神经胶质细胞的激活有关。

此外，通过多组学分析对MPS/NPS介导的神经毒性机制进行全面的研究。分析表明，NPs与对照组以及MPS与对照组之间有明显的分离，重复序列紧密聚集(图4A，B)。与对照组相比，NPs暴露导致219个DEGS，其中82个上调，137个下调(图4C，E)。同时MPS暴露诱导119个DEGS，其中54个上调，65个下调(图4C，G)。此外，在NPS和MPS暴露后，发现27个DEG是常见的(图4D)。

此外，KEGG分析显示，这些DEG以特定的途径显著丰富，表明它们可能参与了MPS或NPS的神经毒性影响。图4F说明了与NPs诱导的认知障碍密切相关的通路。值得注意的是，MPS暴露后，代谢途径和PI3K/AKT信号通路也在海马组织中丰富(图4H)，表明它们在MPS/NPs诱导的神经毒性中起关键作用。此外，Western印迹分析评估了NPs和MPS暴露后海马区PI3K/AKT通路的变化(图4I-K)。

在转录组分析中，由于NPs和MPS暴露后代谢途径发生初步变化，因此进一步进行海马代谢组分析.与对照组相比，NPs和MPS的代谢特征明显不同(图5A，B)。具体来说，暴露于NPs可诱导61种(占DEM总量的70.1%)和26种(占DEM总量的29.9%)代谢产物上调，而MPS可诱导29种(占DEM总量的60.4%)和19种(占DEM总量的39.6%)代谢产物下调(图5C)。KEGG分析表明，NPs暴露后显著的DEM在cAMP信号途径、胰岛素分泌途径、胆碱能神经元、突触小泡周期、GnRH分泌以及神经退行性疾病的途径中均有丰富(图5e)。MPS暴露，显著的DEM在包括逆行内源性大麻素信号转导、癌症中的胆碱能代谢、GnRH分泌和cAMP信号转导途径中得到丰富(图5F)。

此外，在认知功能的双向调节中发挥重要作用的乙酰胆碱在NPs暴露后显著增加(图5i)。NPs组还观察到N-乙酰基-L-苯丙氨酸(图5J)以及甘油磷脂的代谢物(图5K，L)也发生了显著的变化。

大量证据确凿地证明了大脑和肠道微生物群之间的相互作用，特别是在神经毒理学中。通过对小鼠粪便样品的16S rRNA分析，研究了MPS和NPS对肠道微生物区系的影响(图6A)。暴露于NPs和MPS后，确实降低了小鼠肠道微生物区系的丰富度和α多样性(图6B，C)。MPS/NPs显著影响肠道微生物区系格局(图6D，E)。图6F显示了肠道中51个不同的属在所有三个组中的存在，物种在至少一个样本中的丰度超过0.1%。图6Q选择性地显示了6个关键代谢物(图5G-L)和10个关键细菌属(图6G-P)之间的曼特尔相关性。这些结果表明，MPS或NPs暴露后，海马区代谢产物的变化与肠道细菌之间存在潜在的相互作用。