单细胞转录组解析三氯生诱导小鼠肝纤维化的细胞和分子事件

背景：三氯生（5-氯-2-(2,4-二氯苯氧基)苯酚，TCS）是许多个人护理和医疗保健产品中常见的抗菌添加剂，经常在人体血液和尿液中检测到。因此，近年来它被认为是一种新兴的且具有潜在毒性的污染物。长期接触TCS被认为会产生内分泌干扰效应，并促进肝纤维化和肿瘤发生。本研究旨在阐明TCS在起始阶段的肝毒性作用的潜在细胞和分子机制。方法：C57BL/6小鼠暴露于不同剂量的TCS 2周，并通过各种测量（包括全血细胞计数、组织学分析和TCS定量）评估器官毒性。然后对TCS或模拟处理的小鼠肝脏进行单细胞RNA测序（scRNA-seq），以描绘TCS诱导的肝毒性。从不同方面分析获得的单细胞转录组数据，包括差异基因表达、转录因子（TF）调控网络、拟时序轨迹和细胞通讯，以系统解析TCS暴露后的分子和细胞事件。为了验证TCS诱导的肝纤维化，通过Western blotting、免疫荧光、Masson三色和天狼星红染色检测关键纤维化蛋白的表达水平。此外，使用正常肝细胞MIHA和肝星状细胞LX-2作为体外细胞模型，通过免疫学、蛋白质组学和代谢组学技术实验验证TCS的作用。结果：我们建立了一个相对短期的TCS暴露小鼠模型，发现TCS主要在肝脏中积累。对TCS处理组和对照组肝脏进行的scRNA-seq描绘了超过76,000个细胞的基因表达，属于13种主要细胞类型。其中，肝细胞和肝星状细胞（HSCs）在TCS处理组中显著增加。我们发现TCS促进了肝细胞的纤维化相关增殖，其中Gata2和Mef2c是关键驱动转录因子。我们的数据还表明TCS诱导HSC的增殖和活化，这在肝组织和细胞模型中都得到了实验验证。此外，其他变化，包括内皮细胞的功能障碍和毛细血管化、B浆细胞纤维化特征的增加以及巨噬细胞M2表型偏斜，也从scRNA-seq分析中推断出来，这些变化可能有助于肝纤维化的进展。最后，我们鉴定了参与细胞通讯的关键差异配体-受体对，并证实了GAS6_AXL相互作用介导的细胞通讯在促进肝纤维化中的作用。结论：TCS调节肝脏中几种特定细胞类型（包括肝细胞、HSCs、内皮细胞、B细胞、Kupffer细胞和肝包膜巨噬细胞）的细胞活动和命运，并调节这些细胞之间的配体-受体相互作用，从而促进HSC的增殖和活化，导致肝纤维化。总的来说，我们提供了第一个响应TCS的小鼠肝脏综合单细胞图谱，并描绘了TCS诱导的肝毒性和纤维化中涉及的关键细胞和分子过程。