论著
长期农药暴露的毒性作用及关键基因发掘
中华劳动卫生职业病杂志, 2022,40(9) : 641-648. DOI: 10.3760/cma.j.cn121094-20210719-00359
摘要
目的

运用生物信息学方法挖掘农药慢性暴露诱导的差异表达基因(DEGs)及其富集的信号通路,探索其潜在致病机制和关键基因。

方法

于2021年7月,从基因表达综合数据库(GEO)中下载与农药毒效应相关的高通量基因表达谱数据,样本来源为长期接触农药的美洲男性农场工人和其他行业工人,获取DEGs;利用R软件clusterProfiler包对所选择的DEGs进行GO、KEGG及基因集富集分析(GSEA);采用STRING、Cytoscape等工具对其进行蛋白质相互作用网络的构建及可视化分析;借助MCODE及Cytohubba等分析得到基因功能模块,从而筛选出核心基因。

结果

共筛选出GSE30335数据集的DEGs 189个,其中上调基因101个,下调基因88个。GO、KEGG及GSEA结果显示,DEGs主要富集于神经元投射发育调控、运动调节、核糖体蛋白合成等生物学功能及以帕金森病为代表的复杂神经系统疾病相关的通路上。综合筛选发现,KLF1为农药暴露的核心基因,其差异表达倍数为0.456(t=-3.82,P=0.021)。

结论

长期农药暴露可造成接触人群多个基因的差异表达,可能通过下调KLF1并经由其介导的一系列生物学途径参与神经系统的病理学改变。

引用本文: 蒋斌杰, 窦建瑞, 韩磊, 等.  长期农药暴露的毒性作用及关键基因发掘 [J] . 中华劳动卫生职业病杂志, 2022, 40(9) : 641-648. DOI: 10.3760/cma.j.cn121094-20210719-00359.
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农药是一类用于农林业控制病虫害的化学品,其用途广泛,分类复杂,多数为人工合成类有机化合物,且大多数并无丰富的毒理学数据[1]。农药接触人群以车间生产工人和喷洒作业人员为主,暴露途径主要为呼吸道吸入和皮肤吸收[2,3,4,5]。农药的急性毒性已得到较为充分的重视,但不少专业人员对化学物的毒作用认识不全面,将短时间暴露没有急性毒性或者急性毒性不大,混同于长期低剂量暴露没有致病风险,从而忽视了农药暴露的潜在健康风险[6,7]。农药暴露的环节众多,包括生产、储运、喷洒过程等,且市售农药多为混配剂型,仅接触单体农药的场景相对罕见。关于农药的队列研究常缺乏较为完善的前瞻性设计,回顾性研究又存在较多混杂因素和偏倚,因此,农药的长期毒性评价具有一定困难。关于农药慢性致病效应的人群流行病学调查和分子机制探索已取得一些成果,但对其系统性毒作用机制仍未达成共识。借助基因表达综合数据库(GEO)收录的大量实验数据,利用生物信息学工具寻找相关资料并实施深度分析,有助于从微观层面提出毒理学作用的共性,降低单次实验的偶然性,节约实验成本[8,9,10]。本次研究以长期农药暴露对农场工人转录组的影响为切入点,以期在mRNA层面发现其潜在致病效应与致病分子。利用GEO数据库寻找人群农药暴露相关的表达谱,鉴定差异基因并进一步进行功能富集分析,进而构建相关蛋白网络去挖掘关键靶点,预测与农药诱导的病理学进程及相关的基因特征,为早期干预农药引起的不良健康效应提供思路。

 
 
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