Single-cell transcriptomics unveils atrazine's impact on neurons and microglia in C57BL/6 mice

神经退行性变 小胶质细胞 转录组 氧化应激 神经科学 生物 细胞生物学 炎症 神经炎症 海马体 钙信号传导 神经保护 神经元 化学 双重角色 运动前神经元活动 下调和上调 医学 神经毒性 氧化磷酸化
作者
Yingjie Zhou,Mi Pan,Zhanyue Zheng,Jiang Wei,Tianao Sun,Yongjie Ma,Yan Sun
出处
期刊:Ecotoxicology and Environmental Safety [Elsevier BV]
卷期号:309: 119545-119545
标识
DOI:10.1016/j.ecoenv.2025.119545
摘要

BACKGROUND: Atrazine (ATZ), a widely used herbicide, is implicated in neurodegenerative risks, yet its neurotoxic mechanisms remain unclear. This study investigates how environmentally relevant ATZ exposure disrupts neuron-microglia interactions to drive Parkinson's disease (PD)-like pathology. METHODS: C57BL/6 mice received 28-day oral ATZ (10 mg/kg/day). Behavioral phenotyping (open field, pole climb, wire hanging tests) assessed motor deficits. Midbrain tissues underwent histopathology and single-cell RNA sequencing (scRNA-seq). Intercellular communication networks were reconstructed using the CellChat algorithm, with a focus on neuron-microglia signaling pathways. Quantitative real-time PCR (qPCR) was employed to validate the transcriptomic accuracy of scRNA-seq (n = 6/group). RESULT: ATZ induced PD-like motor dysfunction (e.g., mean speed in OFT, P < 0.0001) and neuronal damage. scRNA-seq identified dysregulated calcium homeostasis genes (Atp2b1, Camk2a, Gabbr2) and neurotoxic markers (Mapt, St18) in neurons, alongside M1 microglia polarization via TLR/TNF/IL-17 signaling. Microglial-derived CX3CL1 was found to competitively disrupt neuronal CX3CL1-CX3CR1 signaling, exacerbating neuroinflammation. qPCR indicated high accuracy of the scRNA-seq data. CONCLUSION: Environmental ATZ exposure triggers PD-like neurodegeneration through dual mechanisms: (1) neuronal calcium dysregulation inducing oxidative stress and (2) microglia-driven neuroimmune dysfunction via CX3CL1 signaling. This study provides the novel mechanistic evidence linking ATZ to PD-like pathology via neuron-microglia crosstalk, highlighting the need for re-evaluating global ATZ exposure guidelines.
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