目的铅是广泛存在于自然界中的环境持久性污染物,可以在机体内蓄积。中枢神经系统作为其靶器官,在神经发育的早期阶段最容易受到影响,并且铅引起人类早期神经分化过程的毒性效应及机制尚不明确。本研究通过构建人诱导多能干细胞(human induced Pluripotent Stem Cells,hiPSCs)诱导分化拟胚体(Embryoid bodies,EBs)以及脑类器官模型,探索醋酸铅对多能干细胞期、三胚层分化期和脑类器官的毒性作用。材料和方法分别用含0μmol/L、0.1μmoMG132供应商l/L、0.5μmol/L、1.0μmol/L、醋酸铅的细胞培养液处理hiPSCs细胞及EBs 7天,CCK-8法检测细胞增殖活力,使用流式细胞仪检测细胞凋亡率及周期分布情况,使用RT-qPCR法检测hiPSCs多能性基因的表达情况及EBs三胚层(内胚层、中胚层和外胚层)特异性分化基因的表达情况。另外,提取EBs DNA对其外显子进行捕获及测序,同样进行单核苷酸多态性(SNP)、插入缺失标记(InDel)、染色体结构变异(SVs)和融合基因分析。脑类器官使用0μmol/L、0.5μmol/L、1.0μmol/L和2.5μmol/L醋酸铅处理60天。通过免疫荧光标记GFAP,MAP2,GABA,VGselleck激酶抑制剂LUT1,CTIP2,SATB2,BRN2,TBR1等神经标志物,对类脑发育进行检测。结果凋亡结果显示hiPSCs凋亡率与醋酸铅染毒浓度存在剂量反应关系(P<0.05);在醋酸铅的作用下,hiPSCs细胞周期主要阻滞在G1与S期,G2/M期细胞率显著下降;RT-qPCR结果显示醋酸铅会影响hiPSCs多能性因子的表达,其中相比于对照组,醋酸铅染毒组Sox2基因表达降低,而Nanog基因表达升高(P<0.05);EBs外胚层(Dlk1),中胚层(Cxcr4,Gata6,Foxa2,Sox17),内胚层(Hand1,Mixl1,Sava)mRNA的表达都显著降低,说明醋酸铅抑制EBs向三胚层的自发分化。外显子测序结果发现,与对照组相比,醋酸铅染毒EBs组增加了2632个SNP突变;,以非同义突变最多,其中碱基改变形式以G>A/C>T、A>G/T>C为主;InDel检测共发现1502个插入缺失,其中以移码突变最多;SVs变异检测发现增加83个结构变异,以染色体缺失、染色体插入为主;由于染色体插入和缺失等产生37个融合基因。免疫荧光检测显示,与对照组相比,各染毒组脑类器官神经标志物表达均出现不同程度的下调。结论低浓度醋酸铅染毒可抑制hiPSCs的多能性,干扰EBs向三胚层的自发分化,导致神经发育相关基因发生突变并影响脑类器官的正常发育。本研究为铅暴露引起的早期胚胎神经发育毒性的Biometal trace analysis作用与机制提供了新的线索,为神经毒性的替代毒理学研究提供了新的思路。