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Olink蛋白组学在环境健康和毒理学领域中的新应用
发布时间:2024-12-24

Olink现已是世界上受信赖的下一代蛋白质组学平台之一,Olink的邻位延伸分析(Proximity Extension Assay,PEA)技术独特地结合了特异性和可扩展性,实现了高通量、多重蛋白质生物标志物分析。Olink已在广泛的人类疾病领域开展有极具影响力的研究,加深了对基础生物学的理解,并提供了可操作的生物标志物,以对患者进行分层,并加速药物开发。下边我们将近期环境健康和毒理学领域发表的应用Olink蛋白组技术的文章分享给大家。


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Science of The Total Environment:环境空气污染和非酒精性脂肪性肝病风险的蛋白质组学特征:英国生物样本库(UK Biobank)的一项前瞻性队列研究

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空气污染与非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)有关,但以循环蛋白质组紊乱为特征的潜在机制在很大程度上是未知的。因此,我们纳入了来自UK Biobank的51,357名参与者,他们在2006年至2010年期间收集的血液样本中检测了2941种血浆蛋白(由Olink Explore 3072分析完成),并检测了年度细颗粒物<2.5 μm直径(PM2.5)和二氧化氮(NO2),以及NAFLD的随访数据。采用多元线性回归对PM2.5和NO2相关的蛋白进行鉴定。应用Cox比例风险模型评估PM2.5和NO2与鉴定的蛋白质及NAFLD的关系。我们进行了中介分析,以探讨蛋白质在空气污染与NAFLD事件之间的关联中的中介作用。在对选定的协变量进行调整后,PM2.5(风险比[HR] = 2.57)和NO2(风险比[HR] = 1.43)与NAFLD的发生呈正相关。共鉴定出138个与PM2.5相关的蛋白(92个正相关,46个负相关,FDR <0.05),143个与NO2相关(100个正相关,43个负相关)。在与PM2.5和NO2均显著相关的蛋白中,93个(79个正相关,14个负相关)和79个(69个正相关,10个负相关)与NAFLD的发生显著相关。此外,84种PM2.5相关蛋白和66种NO2相关蛋白显著介导了空气污染物与NAFLD之间的相应关联,PM2.5和NO2的中介作用比例分别为3.2% ~ 27.3%和2.6% ~ 20.8%。值得注意的是,大多数重要的介导蛋白富集在细胞因子-细胞因子受体相互作用、病毒蛋白与细胞因子和细胞因子受体相互作用的途径中。当前的研究结果表明,长期暴露于PM2.5和NO2与NAFLD风险增加有关,部分原因是参与炎症和免疫反应途径的循环蛋白受到干扰


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Toxicological Sciences:PFAS及其与绝经后妇女心血管疾病风险增加的关系


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心血管疾病(CVD)是全球主要死亡原因之一。除了不健康的生活方式(吸烟、肥胖、久坐不动)和遗传等传统风险因素外,常见的环境暴露,包括持久性环境污染物,也可能影响心血管疾病风险。全氟和多氟烷基物质(PFASs)是一类用于家用消费品和工业产品的高氟化学品,已知可在我们的环境中持续存在多年,会引起健康问题,与女性的内分泌干扰和相关后果有关,包括干扰心血管系统和生殖系统。在绝经后妇女中,PFAS水平高于绝经前妇女,由于月经停止对PFAS的排泄至关重要。由于这些发现,我们从先前建立的心血管疾病研究中探索了绝经后妇女的全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟丁烷磺酸之间的关系。利用液相色谱串联质谱法,在机器学习方法的支持下,检测和定量了血清代谢物和蛋白质。结果表明PFOS可以是冠状动脉疾病的一个很好的预测因子,而PFOA可以是冠状动脉微血管疾病的一个中间预测因子。另外还发现,在我们的研究中,PFAS水平与血浆中炎症相关蛋白显著相关(由Olink Target 96 Cardiovascular panels II和III分析完成)。我们的发现可能为PFAS在这一人群中诱导心血管疾病风险的潜在机制提供新的见解。


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Journal of Neuroinflammation:在海湾战争病小鼠模型中,氯菊酯暴露引发神经炎症应激反应,通过小胶质细胞激活驱动抑郁样行为

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海湾战争病(GWI)是一种慢性多症状疾病,影响了大约25-32%的海湾战争退伍军人,其特点是一系列症状,如认知障碍、精神障碍、慢性疲劳和胃肠不适等。虽然GWI的确切病因尚不清楚,但据信是由部署过程中遇到的有毒暴露和其他因素(如压力)引起的。在本研究中,我们试图评估接触氯菊酯毒素可能引发神经炎症应激反应并引发与GWI相关的精神症状的假设。具体而言,我们建立了GWI小鼠模型,以评估慢性氯菊酯暴露后不可预测的应激的影响。我们发现,对小鼠进行14天的慢性氯菊酯暴露,然后进行7天不可预测的应激,会导致抑郁样行为的发展。这种行为改变与小胶质细胞表型的明显改变相吻合,表明海马体中的小胶质细胞激活。我们发现,通过Gi抑制小胶质细胞中的DREADD受体阻断小胶质细胞的激活,可以有效地阻止氯菊酯和应激暴露相关的行为改变。为了阐明在暴露于氯菊酯和应激的小鼠中,与抑郁样行为相关的不同小胶质细胞群中的转录网络受到影响,我们使用从小鼠海马中收集的21,566个单核进行了单细胞RNA测序分析。我们的生物信息学分析确定了氯菊酯暴露后与应激相关的小胶质细胞群的显著变化,特别是与神经元发育、神经元通讯和神经元形态发生相关的通路,所有这些都与神经突触可塑性有关。此外,我们观察到氯菊酯暴露后应激介导的信号转导变化,包括化学突触传递的调节,神经递质受体的调节,以及突触后神经递质受体活性的调节,这是CA3亚区海马锥体神经元亚群抑郁病理生理的已知因素。有意思的是,为了研究氯菊酯暴露后应激小鼠的蛋白质组学变化,团队使用基于临近延伸法的Olink技术检测了与基本生物学功能相关的92种特定蛋白质的丰度。发现暴露于氯菊酯后应激的小鼠海马内6种蛋白质水平发生了显著变化(由Olink Target 96 Mouse Exploratory panel分析完成。我们的研究结果初步表明,氯菊酯可能使小胶质细胞进入炎症激活状态,这种状态可由心理应激源触发,导致抑郁样行为和神经可塑性的改变。这些发现强调了与GWI相关的多原因因素之间协同相互作用的重要性。


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Ecotoxicology and Environmental Safety:围产期暴露于全氟辛烷磺酸(PFOS)和持续的高脂肪饮食通过与神经运动发育相关的通路的基因组重编程促进神经发育障碍

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全氟辛烷磺酸(PFOS)是一种广泛存在的神经毒性有机污染物,它会影响大脑的一些功能,包括记忆、运动协调和社会活动。PFOS能够穿过胎盘和血脑屏障(BBB),导致雌性小鼠体重增加。众所周知,肥胖和高脂肪饮食对大脑有负面影响,会损害认知能力,增加患痴呆症的风险。发育暴露于PFOS和摄入高脂肪饮食(HFD)的联合效应尚未得到探讨。本研究探讨了PFOS和/或HFD对成年小鼠体重增加、行为以及脑转录组学和蛋白质组学分析的影响。我们发现,仅暴露于PFOS的雌性小鼠体重增加,而HFD预期会增加体重。HFD和PFOS联合使用会加重老鼠的一般行为,如待在中心和饲养的时间,而PFOS单独使用会影响它们的行走距离。这些结果表明,PFOS暴露可能会促进多动症。PFOS和HFD的联合改变了社会行为,如养育和退缩。尽管HFD干扰了记忆恢复,但除了总Tau蛋白和磷酸化Tau蛋白外,痴呆的生物标志物没有改变。Tau蛋白受到PFOS暴露和HFD中的一种或两种影响。与行为观察一致,整体的脑转录组学分析表明,PFOS暴露会影响钙信号、MAPK通路、离子跨膜运输和发育过程。HFD与PFOS联合使用会增强PFOS在大脑中的影响,并影响内质网应激、轴突引导和延伸以及神经迁移等相关通路。蛋白质组学分析显示,HFD增强了PFOS对炎症通路、细胞迁移和增殖调节以及MAPK信号通路的影响(由Olink Target 96 Mouse Exploratory panel分析完成)。总的来说,这些数据表明PFOS联合HFD可能会重编程基因组和调节神经运动发育,并可能促进与注意缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症谱系障碍(ASD)相关的症状。未来的工作将需要确认这些联系。


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Environmental Advances:全氟和多氟烷基物质与睡眠中断:蛋白质的中介作用

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背景:全氟和多氟烷基物质(PFAS)污染可能通过破坏代谢和免疫功能来扰乱睡眠。本研究旨在探讨PFAS与睡眠之间的关联及其潜在机制。

方法:我们纳入了2014-2018年间招募的136名年轻人,并在2020- 2022年间重新评估了76名年轻人。另有8名参与者仅在2020-2022年期间拥有完整的数据。采用液相色谱-高分辨率质谱法测定两次访视时血浆PFAS(PFOS、PFOA、PFHxS、PFHpS、PFPeS、PFNA、PFDA)。血浆蛋白由Olink® Explore 384 Cardiometabolic and Inflammation Panel I检测。在两次访视时,自我报告睡眠持续时间,并使用经过验证的仪器随访睡眠障碍和睡眠相关损伤。使用多元线性回归来探索个体PFAS与这些睡眠结果之间的关系。使用比较毒物基因组数据库和毒理学数据库对与睡眠结果相关的PFAS进行计算毒理学分析,以确定它们之间潜在的遗传联系。然后使用蛋白质组学数据进行中介分析,以确认计算毒理学分析的结果

结果:在基线时,PFDA增加1分位数与夜间睡眠时间缩短0.39小时相关,在随访时,PFHxS和PFOA分别与睡眠时间缩短0.39和0.32小时相关。PFOS暴露增加1分位数,睡眠障碍评分增加2.99分,睡眠相关损伤评分增加3.35分。计算毒理学和中介分析确定了几种蛋白在PFAS-睡眠关联中的潜在中介作用,包括11-β-脱氢酶同工酶1(HSD11B1)、组织蛋白酶B(CTSB)和几种免疫系统相关蛋白

结论:未来的大规模流行病学和机制研究应证实我们的发现,并检验效果,检测随年龄变化的相关性。



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Environmental Science & Technology:瑞典乳房x线成像队列中持久性有机污染物与心血管疾病相关的组学特征

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心血管疾病(CVD)的发展可能与持久性有机污染物(POPs)有关,包括有机氯化合物(OCs)和全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)。为了探索潜在的机制,我们研究了POPs与CVD风险之间联系的代谢物、蛋白质和基因。我们使用了来自瑞典乳腺x线成像队列-临床(n = 657名受试者)的心肌梗死(MI)和卒中巢式病例对照研究的数据。OCs、PFAS和多组学(9511液相色谱-质谱(LC-MS)代谢物特征、248蛋白质、8110个基因变异)在基线血浆中被检测(由Olink Target 96 CVD II、III和Metabolism panel分析完成)。使用随机森林选择POP相关组学特征,然后使用校正混杂因素的Spearman相关性分析。从中,使用条件逻辑回归选择与CVD相关的组学特征。后,29个(针对OCs)和12个(针对PFAS)与持久性有机污染物和心血管疾病相关的独特特征。一个组学亚模式,由脂质和炎症蛋白驱动,与心肌梗死(OR = 2.03)、OCs、年龄和BMI相关,与PFAS呈负相关。另一个由肉碱驱动的亚模式与中风(OR = 1.55)、OCs和年龄相关,但与PFAS无关。这可能意味着OCs和PFAS与不同的组学模式相关,对CVD风险有相反的影响,但需要更多的研究来解开其他因素的潜在修饰。


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Environmental Health:长期环境空气污染暴露与肾功能和肾脏疾病的生物标志物


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背景:尽管越来越多的证据表明空气污染与肾脏疾病之间存在关联,但长期暴露于空气污染与肾功能之间的关系研究仍然存在矛盾。这项研究的目的是在相对低暴露的大量人群中调查这种关联,并改进肾功能和肾损伤生物标志物的评估。

方法:我们对参加瑞典心肺生物成像研究(SCAPIS;N = 30154)的中年普通人群进行了横断面分析。

使用高分辨率弥散模型模拟个人10年暴露于总的和局部排放的细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)和氮氧化物(NOx)的情况。使用线性回归模型来估计暴露与肾小球滤过率(eGFR、联合肌酐和胱抑制素C)和肾损伤生物标志物(KIM-1、MCP-1、IL-6、IL-18、MMP-2、MMP-7、MMP-9、FGF-23和尿酸)血清水平之间的关系(由Olink Target 96 Cardiovascular II and III panel分析完成),并考虑潜在的混杂因素。

结果:PM2.5长期暴露中位数为6.2 μg/m3。几乎所有参与者肾功能正常,中位eGFR为99.2 mL/min/1.73 m2。PM2.5暴露与每2.03 μg/m3的eGFR升高1.3%相关。PM2.5暴露也与血清基质金属蛋白酶2(MMP-2)浓度升高有关,每2.03 μg/m3, MMP-2浓度升高7.2%。PM10和较高水平的尿酸之间有关联的趋势,但与其他生物标志物没有关联。与其他空气污染物的关联为零或不一致。

结论:在低暴露水平的大量普通人群样本中,我们发现PM2.5暴露与较高的肾滤过率之间存在令人惊讶的关联。颗粒功能似乎不太可能改善肾功能。然而,滤过增加是肾脏损伤的早期征兆,可能与相对健康的人群在相对较低的暴露水平有关。此外,PM2.5暴露与较高的血清MMP-2浓度相关,MMP-2是肾脏和心血管病理的早期指标


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International Archives of Occupational and Environmental Health:焊工心血管疾病相关蛋白的纵向变化

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目的:职业接触焊接烟雾与患心血管疾病的高风险有关;然而,阈值暴露水平是未知的。在这里,我们的目的是确定与暴露于焊接烟雾有关的心血管疾病相关的蛋白质的变化

方法:对338名不吸烟男性(焊工171名,对照组167名)进行为期6年的两个时间点数据采集;其中,174名(78名焊工,96名对照组)在两个时间点都有测量数据。暴露量测量为个人可吸入粉尘(根据个人防护设备进行调整)、焊接年数和累积暴露量。邻近延伸实验用于测量血清样品中涉及心血管过程的92种蛋白质。纵向分析采用线性混合模型。使用Ingenuity Pathway Analysis软件对鉴定的蛋白质相关的生物学功能和疾病进行了探索。

结果:在两个时间点,焊工的呼吸性粉尘暴露中位数为0.7 mg/m37种蛋白质在焊工和对照组之间差异显著,并随着呼吸性粉尘的增加而逐渐增加:FGF23、CEACAM8、CD40L、PGF、CXCL1、CD84和HO1。调整多重比较后,CD84具有显著性。这些蛋白质与血压紊乱、血管阻塞损伤和慢性炎症性疾病有关。

结论:暴露于低于欧洲和美国目前可吸入颗粒和焊接烟雾职业暴露限值(1-5 mg/m3)的低碳钢焊接烟雾与心血管疾病相关蛋白质丰度的变化有关。进一步的研究应该评估这些蛋白作为职业性心血管疾病的前瞻性生物标志物的效用。


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Environment International:西班牙裔青年暴露于全氟烷基和多氟烷基物质和高通量蛋白质组学

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背景:强有力的流行病学证据表明,暴露于全氟烷基和多氟烷基物质(PFAS)与不良的心脏代谢结果(如糖尿病、高血压和血脂异常)之间存在正相关。然而,PFAS在人类中潜在的与心脏代谢相关的生物活性在很大程度上仍不清楚。

目的:我们评估西班牙裔青年PFAS暴露与高通量蛋白质组学的关系

材料和方法:我们纳入了2001年至2012年来自拉丁裔风险青少年研究(SOLAR)的312名超重/肥胖青少年,以及2014年至2018年来自代谢和哮喘发病率研究(Meta-AIR)的137名年轻人。采用液相色谱-高分辨率质谱法对血浆PFAS (PFOS、PFOA、PFHxS、PFHpS、PFNA)进行定量分析。血浆蛋白(n = 334)使用Olink Explore Cardimetabolic Panel Ⅰ邻近延伸分析进行测量。使用协变量调整进行线性回归以鉴定PFAS相关蛋白。独创性通路分析(IPA)、蛋白质相互作用网络分析和蛋白质注释用于研究生物功能和蛋白质簇的变化。

结果:经过多次比较调整后的结果显示,SOLAR中有13个显著的PFAS相关蛋白,Meta-AIR中有6个显著的PFAS相关蛋白,在炎症、免疫和氧化应激中具有相似的功能。在SOLAR中,PFNA与ACP5、CLEC1A、HMOX1、LRP11、MCAM、SPARCL1和SSC5D等大多数蛋白呈显著正相关。考虑PFAS的混合效应后,只有SSC5D仍然显著。在Meta-AIR中,PFAS混合物与GDF15和IL6呈正相关。探索性分析显示了类似的结果。具体来说,SOLAR的通路分析显示PFOA和PFNA相关的免疫相关通路激活,以及PFNA相关的炎症反应激活。在Meta-AIR中,发现PFHxS相关的树突状细胞成熟激活。此外,在两个队列中,PFAS与免疫调节相互作用的共同蛋白簇和JAK-STAT信号传导有关。

结论:PFAS与促炎症和免疫调节相关的蛋白质组学特征的广泛改变有关。这些蛋白的生物学功能为了解PFAS毒性的潜在分子机制提供了线索。


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Olink蛋白组学常见问题解答(一)
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