生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学研究进展_戴家银
211036529_环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第1期2023年2月V ol.18,No.1Feb.2023㊀㊀基金项目:国家自然科学基金面上项目(22076179,21677142);福建省自然科学基金资助项目(2022J06033);厦门市青年创新基金资助项目(3502Z20206091)㊀㊀第一作者:李富萍(1997 ),女,硕士研究生,研究方向为环境毒理学,E -mail:***********.cn ㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:**************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220914003李富萍,黄清育.环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(1):1-15Li F P,Huang Q Y.Research progress on epigenetic mechanism of neurotoxicity induced by environmental pollutants [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(1):1-15(in Chinese)环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展李富萍1,2,3,黄清育1,*1.中国科学院城市环境研究所,中国科学院城市环境与健康重点实验室,厦门3610212.中国科学院大学,北京1000493.福建农林大学生命科学学院,福州350028收稿日期:2022-09-14㊀㊀录用日期:2022-11-09摘要:表观遗传修饰与神经系统功能密切相关,其在环境污染物暴露致神经毒性中的作用机制已引起广泛关注㊂本文综述了重金属㊁有机污染物和空气颗粒物等典型环境污染物对人体和模式生物表观遗传修饰(DNA 甲基化㊁组蛋白修饰和ncRNA 等)和神经系统功能的影响,指出环境污染物可直接或(通过引起氧化胁迫)间接改变表观遗传修饰状态,导致相关基因表达失调,从而诱导一系列神经毒性,并提出当前研究存在的局限性㊂建议未来针对污染物的神经毒性机制研究,应着重关注组蛋白修饰和ncRNA 以及不同类型表观遗传修饰之间的交互作用;同时,环境污染物复合暴露导致神经毒性的表观遗传机制有待深入研究;如何从表观遗传角度解释环境污染物诱导神经毒性的年龄易感性及性别特异性也值得进一步探讨㊂关键词:环境污染物;表观遗传修饰;神经毒性;毒理机制文章编号:1673-5897(2023)1-001-15㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AResearch Progress on Epigenetic Mechanism of Neurotoxicity Induced by Environmental PollutantsLi Fuping 1,2,3,Huang Qingyu 1,*1.Key Laboratory of Urban Environment and Health,Institute of Urban Environment,Chinese Academy of Sciences,Xiamen 361021,China2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China3.College of Life Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350028,ChinaReceived 14September 2022㊀㊀accepted 9November 2022Abstract :Studies have shown that environmental pollutants can enter the human body directly through drinking water,breathing,dermal contact or indirectly through the food chain,and can pose adverse effects on the central nervous system.Epigenetic modifications are closely related to the function of the nervous system,and their role in the neurotoxicity induced by environmental pollutant exposure has attracted much attention.This paper reviews the effects of typical environmental pollutants,such as heavy metals,organic pollutants and air particulate matters,on epigenetic modifications (DNA methylation,histone modifications,and ncRNAs)and neurological functions in hu -2㊀生态毒理学报第18卷mans and model organisms,and suggests that environmental pollutants can directly or indirectly (by causing oxida -tive stress)alter the status of epigenetic modifications,leading to dysregulation of relevant gene expression and thus inducing a series of neurotoxicity,such as neuronal apoptosis,learning and memory deficits and neurodegenerative diseases.The limitations of the current studies are also presented.It is suggested that future research on the neuro -toxicity mechanisms of pollutants should pay more attention to histone modifications and ncRNAs,as well as the corsstalk between different epigenetic modifications.In addition,the epigenetic mechanisms involved in the neuro -toxicity induced by combined exposure of various pollutants and the age susceptibility and sex specificity of neuro -toxicity also deserve further investigation.Keywords :environmental pollutants;epigenetic modifications;neurotoxicity;toxicological mechanisms ㊀㊀包括神经系统疾病在内的许多疾病都与环境因素密切相关㊂大量研究证实,暴露于环境污染物会导致神经炎症㊁氧化应激㊁线粒体功能障碍和神经元凋亡等,从而诱发一系列神经毒性和疾病㊂例如,大鼠长期暴露于铅(Pb)后,其海马中白细胞介素(IL)-1β和肿瘤坏死因子-α水平上升,同时慢性胶质细胞活化并伴有炎症和神经退行性特征[1]㊂斑马鱼在双酚A(BPA)处理后,焦虑和恐惧反应异常,而这些行为改变可能源于其中枢神经系统中参与抗氧化防御机制的基因表达失调[2]㊂此外,低剂量甲基汞可通过改变线粒体功能和引起mtDNA 的氧化损伤诱导人类神经祖细胞凋亡[3];而大鼠肾上腺髓质嗜铬瘤分化细胞(PC12)在经过Mn 3O 4纳米颗粒暴露后,细胞活力降低,并通过引发氧化应激诱导细胞发生凋亡[4]㊂一般认为,大多数环境污染物主要改变生物体的表观基因组而非直接改变其DNA 序列㊂表观遗传学是研究在不改变DNA 序列情况下的基因表达的可遗传变化,其研究对象是表观基因组㊂表观基因组相对于基因组而言,不仅序列包含遗传信息,同时它们的修饰也记载遗传信息㊂表观基因组记录生物体DNA 和组蛋白的一些改变或修饰,同时这些变化或修饰可以从亲本传给子代㊂表观遗传修饰包含DNA 甲基化(DNA methylation)㊁组蛋白修饰(his -tone modification)和非编码RNA (non -coding RNA,ncRNA)等,它们可以在外界环境的影响下改变基因组功能㊂DNA 甲基化是DNA 化学修饰的一种形式,指在DNA 甲基化转移酶(如Dnmt1㊁Dnmt2㊁Dnmt3a 和Dnmt3b 等)的作用下,将一个甲基加到胞嘧啶上,并转化为5-甲基胞嘧啶的一种修饰[5]㊂这一过程通常是发生在CpG 岛上,对生物的基因表达调控具有重要意义㊂DNA 甲基化参与调控许多细胞过程,包含染色质结构㊁染色质重塑㊁X 染色体失活㊁基因组印记㊁染色体稳定性以及基因转录等等㊂一般情况下,基因启动子的高甲基化通常被认为可导致该基因的表达水平降低㊂相反,基因启动子的低甲基化则可激活基因表达㊂组蛋白修饰主要是指发生在核心组蛋白N 端氨基酸残基上的甲基化㊁乙酰化㊁磷酸化和泛素化等共价修饰[6]㊂组蛋白修饰可以通过影响相邻核小体中不同组蛋白的接触或组蛋白与DNA 的相互作用影响高阶染色质结构,使之变得松散或紧密,从而影响基因的转录水平[7]㊂其中,组蛋白高乙酰化能够使染色质结构变松散,与转录激活有关㊂组蛋白乙酰化酶和组蛋白去乙酰化酶的作用维持了组蛋白乙酰化的动态平衡㊂但当外界环境发生改变时,这种稳态便会被破坏,从而使基因表达水平发生变化㊂组蛋白甲基化则是另一种重要的组蛋白修饰,在基因表达中同时具有激活和抑制的作用㊂组蛋白中不同位点赖氨酸残基上发生的甲基化具有不同的生物学功能㊂比如,组蛋白H3K9的甲基化通常导致基因沉默,而H3K4甲基化则与基因表达激活有关[8]㊂非编码RNA 也在基因表达调控中发挥重要作用㊂根据非编码RNA 的大小可以分为长链非编码RNA(lncRNA)和短链非编码RNA(sncRNA),常见的短链非编码RNA 包括小干扰RNA (siRNA)㊁微小RNA(miRNA)等[9]㊂其中miRNA 可通过导致靶标mRNA 的降解或翻译沉默调控基因表达,因而一般可使基因表达沉默㊂大多数人类中枢神经系统疾病都与表观基因组的扰动有关[10]㊂表观遗传修饰最典型的作用主要表现在神经细胞命运决定㊁突触㊁神经网络连接和可塑性以及跨代遗传等㊂例如,有研究表明,缺乏Dnmt1和Dnmt3a 的小鼠DNA 甲基化水平降低,海马CA1区域的可塑性发生改变,导致学习记忆功能受损[11]㊂第1期李富萍等:环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展3㊀死亡域相关蛋白是一组组蛋白伴侣,它通过促进H3.3加载和转录结合到神经元基因相关的染色质中响应神经元去极化,从而导致基因转录激活[12]㊂miRNAs㊁Piwi互作RNA(piRNAs)和lncRNA都参与调节突触的形成和功能㊂miR-339-5p靶向调节BACE1,导致BACE1在阿尔茨海默症(AD)患者脑中的表达水平降低[13]㊂此外,许多研究已经聚焦于不同的表观遗传因子如何协调神经干细胞的自我更新和维持㊁谱系限制及神经元和胶质成熟等方面[14]㊂目前关于环境污染物诱导神经毒性的机制研究也逐渐深入㊂随着表观遗传学研究技术的不断发展,表观遗传修饰在环境污染物暴露导致神经毒性中的作用机制研究日益受到重视[15-16]㊂本文主要综述了典型环境污染物(金属㊁有机污染物和空气颗粒物等)暴露诱导神经系统毒性的表观遗传学机制(DNA甲基化㊁组蛋白修饰和非编码RNA)相关研究㊂1㊀环境污染物暴露诱导神经毒性的表观遗传机制(Epigenetic mechanism of neurotoxicity induced by environmental pollutants exposure)1.1㊀重金属1.1.1㊀铝(Al)有研究探讨了Al电解工人认知功能与DNA 甲基化的关系㊂结果表明,简易精神状态检查得分和全基因组DNA甲基化水平随血清Al浓度的升高而降低,轻度认知障碍(MCI)发病风险增加,并且MCI与DNA甲基化显著负相关[17]㊂另一项研究表明,淀粉样前体蛋白(APP)基因启动子DNA甲基化水平的降低可能与工人血清Al水平的升高有关[18]㊂此外,在动物模型中也有相同的发现,雄性大鼠暴露于AlCl3后,海马组织中APP启动子DNA甲基化水平降低,APP㊁Aβ含量升高[19],从而增加AD患病风险㊂小鼠在AlCl3暴露后,海马中MBDs㊁DnMTs 和MeCPb表达水平降低导致APP基因的低甲基化和Aβ沉积[20],成为AD发展的潜在风险因素㊂报道显示,大鼠暴露于麦芽酸铝后,脑组织的全基因组DNA甲基化水平降低,并导致学习记忆功能障碍[21]㊂组蛋白修饰也与Al诱导的神经毒性密切相关㊂有研究表明,职业Al暴露可通过提高组蛋白H3的甲基化修饰(尤其H3K27me3和H3K9me2)水平,抑制学习记忆相关蛋白BDNF和EGR1的表达,从而影响学习记忆功能[22]㊂此外,Al暴露可上调组蛋白去乙酰化酶6(HDAC6)的表达,下调BDNF启动子的H3K9和H4K12乙酰化,最终抑制BDNF表达,导致大鼠空间学习记忆能力减弱[23]㊂低强度脉冲超声(LIPUS)则可通过恢复组蛋白乙酰化和BDNF表达,使受损的认知功能得到改善[23]㊂1.1.2㊀砷(As)As暴露和表观遗传修饰之间的一个可能联系在于其生物转化,即通过共用染色质重塑所需的甲基供体S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosyl methionine, SAM)对DNA甲基化产生影响[24]㊂随着大鼠脑皮质和海马组织中总As浓度增加,DNA甲基转移酶(DNMTs)和去甲基化酶(TETs)表达下调,导致脑组织中DNA甲基化/去甲基化过程显著受到抑制,且这种变化呈剂量依赖性[25]㊂同时,As可以破坏氧化/抗氧化平衡,并通过TCA循环和α-酮戊二酸(α-KG)途径进一步抑制TETs的表达,从而导致DNA 甲基化/去甲基化破坏,诱导大鼠学习记忆功能损伤[25]㊂发育阶段暴露于低水平As可导致组蛋白H3K9ac和H3K4me3在成年雌性小鼠中水平下降,但在雄性小鼠中上升,最终导致小鼠齿状回海马神经发生障碍,并出现抑郁样症状[26]㊂母鼠在妊娠期持续As暴露后,子代小鼠的空间㊁情景记忆功能受到损害,这可能是由于小鼠皮质和海马组织H3K9的低乙酰化[27]㊂流行病学调查和实验研究表明,miRNA在As 暴露中也发挥着重要作用,同时可能对认知功能产生影响㊂As可通过上调miR-219,靶向降低CaMK Ⅱ水平,诱导学习和记忆障碍[28]㊂同时NMDA受体亚基2(NR2)和记忆相关蛋白c-Fos和c-Jun可通过抑制miR-219而上调,从而改善As诱导的海马结构损害和学习记忆损伤[28]㊂1.1.3㊀锰(Mn)有研究测定了201名电焊工人血液中的NOS2外显子1的DNA甲基化水平,发现该位点的低甲基化促进了该基因的表达,从而诱导神经炎症的发生,增加帕金森病(PD)的发病风险[29]㊂人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)经慢性Mn暴露后,Parkin和PINK1这2个基因均发生高甲基化,基因活性降低,也可能加剧PD发病风险[30]㊂酪氨酸羟化酶(TH)在多巴胺的生物合成中起着至关重要的作用㊂Mn暴露可导致TH的DNA甲基化水平升高,基因表达水平下降,从而抑制多巴胺生物合成[30]㊂此外,SH-4㊀生态毒理学报第18卷SY5Y细胞在慢性Mn暴露后,通过诱导高甲基化下调了PINK1-PARK2表达,表明Mn可能通过表观遗传调控导致神经细胞线粒体功能障碍[30]㊂由于表观遗传修饰变化是可遗传的,小鼠在Mn暴露后,其子代海马中一些参与分化过程的基因如Mid1㊁Nr2f1和Atp1a3等发生高甲基化,致使多巴胺能中间神经元数量减少,海马神经发生持续中断[31]㊂还有研究表明,产前Mn暴露可能通过表观遗传机制影响胎儿神经发育㊂分析胎盘的全基因组甲基化,发现713个CpG位点甲基化与Mn暴露有关,其中5个差异甲基化位点位于神经发育相关基因中[32]㊂PC12和SH-SY5Y细胞暴露于MnCl2后, HDAC3和HDAC4表达水平显著增加,同时HAT 水平下降,导致H3和H4乙酰化水平下调,从而诱导细胞凋亡,而HAT抑制剂处理后则可以缓解Mn 诱导的细胞活力下降以及凋亡[33]㊂1.1.4㊀铅(Pb)研究发现,雌性小鼠在孕前㊁孕中和哺乳期持续Pb暴露后,其子代小鼠海马体中MECP2水平显著下降,DNMT1水平显著增加,同时在皮质中发现DNMT1㊁DNMT3a和MECP2的表达显著增加,此外,子代雌鼠皮质中的糖皮质激素受体基因(Nr3c1)甲基化也发生显著改变,这可能会给小鼠海马和皮质功能以及认知功能造成不利影响[34]㊂有趣的是,围产期Pb暴露与出生后早期Pb暴露对小鼠海马中DNA甲基化相关酶的影响有所不同㊂与对照组相比,Dnmt1只有在出生后早期Pb暴露的雄鼠存在显著差异,Dnmt3a在围产期暴露雄鼠和出生后早期暴露雌鼠都显著降低,雌鼠MeCP2表达水平显著降低,可能会导致多种认知障碍疾病[35]㊂此外,Pb暴露还可能通过DNA高甲基化下调神经分化相关基因表达,从而促进神经退行性过程[36]㊂早期Pb暴露(出生1~21d)会导致DNMT1活性降低,改变参与AD通路的APP和β分泌酶1(bace1)基因的甲基化水平,导致APP的过表达,以及生命后期Aβ水平的增加,增加晚年AD发病风险[37]㊂小鼠早期Pb暴露后,大脑皮层中与基因激活相关的组蛋白H3K9ac和H3K4me2水平下降,而与基因活性抑制相关的H3K27me3蛋白水平上升[38],这可能增加神经退行性疾病的患病风险㊂靶向AD相关蛋白的miRNA也会受到Pb的影响㊂生命早期Pb暴露显著影响海马中6个靶向神经毒性蛋白的miRNA表达㊂其中,miR-106b(靶向APP mRNA)和miR-124(靶向SP1mRNA)减少,这可能会导致晚年神经毒性蛋白的过度表达,增加AD 的发病风险[39]㊂1.1.5㊀汞(Hg)有研究表明,产前Hg暴露水平与PON1基因的低甲基化水平相关,这可能导致了儿童期男孩的认知功能障碍[40]㊂除此之外,Hg暴露后,斑马鱼中长链非编码RNA Malat1可被特异性上调10倍以上,Malat1在斑马鱼胚胎的脑区㊁眼睛和脊索中高度表达,并改变神经发育相关基因表达模式,导致斑马鱼幼体的神经行为障碍[41]㊂由于大脑对甲基汞(MeHg)具有很强的亲和力,它可以通过中性氨基酸转运系统Ⅰ与L-半胱氨酸的复合体穿过血脑屏障并分布到大脑的各个区域[42],使大脑功能受到不同程度的损害㊂越来越多的研究表明,MeHg诱导的神经系统疾病与DNA甲基化有关㊂大鼠胚胎皮质神经干细胞(NSCs)暴露于低剂量MeHg后,整体DNA甲基化水平下降,细胞周期调节因子p16和p21表达上升,导致细胞周期阻滞,并且这些变化在无MeHg暴露的传代细胞中也可观察到[43]㊂胎儿脑源性永生细胞(LUHMES)暴露于MeHg 后,TH基因启动子的组蛋白H3K27me3显著增加, TH水平降低,从而抑制多巴胺的生物合成[44]㊂此外,MeHg显著下调了小鼠海马中BDNF启动子的H3乙酰化并上调H3K27me3,同时DNA甲基化也显著上调,导致BDNF基因表达抑制,小鼠出现抑郁行为[45]㊂人类神经祖细胞ReNcell CX对MeHg高度敏感㊂研究结果显示,低剂量MeHg可通过降低miR-25的水平㊁上调p53以及线粒体发生相关基因的表达,进而可能损害细胞线粒体功能[46]㊂1.1.6㊀其他重金属铜(Cu)暴露与神经系统中DNA甲基化㊁组蛋白修饰之间的联系尚未被发现㊂但有研究发现,Cu暴露可能会导致某些miRNA水平的变化㊂miR-187㊁miR-128㊁miR-138㊁miR-183和miR-7a已经被证明在嗅觉系统中特异性表达,特别是miR-183家族成员在斑马鱼的神经感觉器官中大量表达㊂有研究结果显示,斑马鱼经Cu暴露后,其侧线嗅觉感觉细胞中miR-183表达水平显著下降,嗅觉上皮细胞凋亡增加,感觉神经元丢失,最终可能导致斑马鱼嗅觉障碍[47]㊂第1期李富萍等:环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展5㊀镍(Ni)处理的原代培养海马神经元中可以观察到细胞树突的复杂性降低,同时组蛋白乙酰化受到了抑制[48]㊂此外,Ni暴露后的小鼠海马组织组蛋白低乙酰化,海马树突复杂性下降,并且学习记忆能力受损[48]㊂神经细胞(Neuro-2a)在Ni暴露下,miR-210过表达并导致ISCU1/2表达水平下调,miR-210抑制剂则可缓解Ni诱导的ISCU1/2下调[49]㊂ISCU1/2负责线粒体呼吸和能量产生[50],其表达下调可能影响细胞的线粒体功能㊂铅和镉联合暴露则通过上调组蛋白去乙酰化酶HDAC2表达,降低大鼠海马组织的组蛋白乙酰化水平,最终降低大鼠海马树突棘密度,损害大鼠的学习记忆能力[51]㊂1.2㊀有机物1.2.1㊀多环芳烃(PAHs)一项流行病学研究发现,产前PAHs暴露与LINE1DNA甲基化负相关,而LINE1甲基化与儿童智商显著正相关,但LINE1并未直接介导PAHs 暴露与智商之间的关联[52]㊂苯并(a)芘(B[a]P)是一种常见的PAHs㊂由于其亲脂性,B[a]P及其代谢产物可以穿过血脑屏障,到达脑组织,引起中枢神经系统损伤[53]㊂斑马鱼暴露于B[a]P后,DNA甲基转移酶表达普遍降低,整体DNA甲基化水平下降,斑马鱼现表出社会焦虑样行为,并且F2代成年斑马鱼也存在此现象[54],这可能与表观遗传修饰的跨代遗传有关㊂此外,B[a]P暴露后,大鼠海马中miRNA水平下降,而DNA甲基化和lncRNA水平显著上调,其中差异甲基化基因涉及通路大部分与学习记忆相关,最终导致大鼠的学习记忆功能障碍[55]㊂而小鼠暴露于B[a]P后,可通过DNA高甲基化下调NR2B[56]㊁BDNF[57]基因的转录水平,致使小鼠出现短期记忆缺陷㊁焦虑样行为及认知和行为障碍㊂在体外实验中也发现,海马神经元细胞HT22经B[a]P暴露后,BDNF基因启动子的DNA甲基化水平上升,基因转录水平下降,从而诱导细胞肿胀及炎症发生[57]㊂1.2.2㊀双酚A(BPA)有研究观察到,产前BPA暴露后,低APGAR (神经发育疾病风险增加的预测因子)与BPA诱导的Grin2b高甲基化有关[58]㊂此外,BPA暴露会导致雌性大鼠后代海马体中的BDNF基因启动子高度甲基化,下调其基因转录水平,从而影响大鼠的空间学习记忆功能[59]㊂另一研究发现,子代大鼠海马组织中的Fkbp5基因高甲基化也与母本BPA暴露有关,并因此对子代大鼠的应激反应产生不良影响[60]㊂围产期的小鼠暴露于BPA后,其子代雄鼠的空间记忆能力受到损伤,同时伴随着大脑皮质和海马的DNA甲基化减少以及组蛋白H3乙酰化增加[61]㊂氯化钾协同转运蛋白2(KCC2)参与维持细胞内氯化物的平衡,负责从成熟神经元中转运出氯化物[62]㊂有研究发现,经BPA暴露后,小鼠大脑皮层神经元中组蛋白乙酰化水平下降,Kcc2基因的表达受到了抑制和延迟,从而导致皮质神经网络受损[63]㊂1.2.3㊀农药Neuro-2a细胞用百草枯处理后,通过ROS上调DNA甲基化,降低与细胞增殖㊁迁移与凋亡相关的miR-17-5p表达水平,进而促进细胞凋亡[64]㊂此外, N27多巴胺能神经元细胞暴露于百草枯后,PKCδ蛋白水解增强,同时细胞中HDAC蛋白水平显著下降㊁组蛋白H3乙酰化增加[65]㊂PKCδ蛋白水解活化是细胞死亡的关键标志之一㊂因此,百草枯可通过提高组蛋白乙酰化水平,增强PKCδ水解活化,从而诱导神经元细胞凋亡[65]㊂研究表明,氯菊酯暴露导致斑马鱼整体游泳活动迟发性降低㊁焦虑,这可能是由于DNA高甲基化诱导的谷氨酸活性相关基因(如fmr1㊁pnocb等)的下调所导致,并且该表观遗传变化所导致的神经行为改变具有跨代遗传效应[66]㊂C57BL/6小鼠发育过程中暴露于狄氏剂,可导致其脑黑质中Nr4a2和Lmx1b等多巴胺能神经元发育相关基因的DNA甲基化水平改变,从而导致多巴胺能神经元进行性退化,增加PD发病风险[67]㊂组蛋白修饰在狄氏剂诱导的神经细胞死亡中发挥重要作用㊂中脑多巴胺能神经元细胞暴露于狄氏剂,可诱导组蛋白H3和H4的高度乙酰化,并导致cAMP反应元件结合蛋白的积累和蛋白激酶PKCδ的水解活化,进而促进细胞凋亡[68]㊂体外实验发现,分化前阿特拉津暴露会诱发SH-SY5Y细胞一系列的表型改变,例如突触数量以及长度发生变化,同时伴随着表观遗传基因组的变化,如DNA甲基化增加,H3K9me3和H3K27me3的减少㊂这些表观遗传修饰变化可能破坏了组成性异染色质的形成,并导致SNCA表达上调,增加PD 风险[69]㊂1.2.4㊀其他有机物多氯联苯暴露后,大鼠小脑和大脑皮层甲基化6㊀生态毒理学报第18卷水平下调,并诱导小脑和大脑皮层发生DNA 损伤[70]㊂SK -N -SH 细胞经全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露后,BDNF 基因启动子的DNA 甲基化水平及miR -NA -16㊁miRNA -22和miRNA -30a -5p 均上升,BDNF转录水平下降,最终导致细胞缩小㊁活力下降[71]㊂另外,挥发性有机物(VOCs)复合暴露导致MALAT1lncRNA 显著减少,同时8个基因因DNA 超甲基化而显著下调,其中包含CNTNAP3㊁SULT4A1㊁CLIP2㊁CACNG8㊁WNT7B ㊁GLS2㊁TP73和FMR1等基因,这些基因的下调可能导致突触㊁树突棘的数量和密度降低,以及运动㊁学习记忆能力受损[72]㊂1.3㊀空气颗粒物少量研究表明,表观遗传调控在空气颗粒物暴露诱导的神经毒性中发挥重要作用㊂人体和动物模型研究发现,空气颗粒物暴露引起的脑组织中H3K9me2/3降低可能导致基因组不稳定㊁DNA 损伤及APP 基因的转录上调,从而增加AD 发病风险[73]㊂在另一研究中也发现,空气细颗粒物可通过提高SH -SY5Y 细胞的DNA 甲基化水平,抑制突触相关基因的转录表达,增加自闭症的发病几率[74]㊂焊接烟雾暴露后,大鼠全脑组织的DNA 甲基化水平升高,端粒长度增加,神经退化标志蛋白表达上调,提示表观遗传变化㊁端粒长度与神经退行性改变之间的可能联系[75]㊂2㊀结论与展望(Conclusion and prospect )环境污染物可通过引起各种表观遗传修饰的改变而诱导神经毒性(表1)㊂基于现有的研究结果,我们发现环境污染物可以直接或通过氧化胁迫等其他机制间接引起表观遗传机制改变,进而导致神经系统功能相关基因表达失调,最终诱导神经毒性(图1)㊂然而,目前该领域研究仍存在一定的局限性㊂图1㊀环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制示意图注:AD 表示阿尔茨海默病,PD 表示帕金森病㊂Fig.1㊀Proposed epigenetic mechanism of neurotoxicity induced by environmental pollutantsNote:AD stands for Alzheimer Disease,and PD stands for Parkinson Disease.第1期李富萍等:环境污染物诱导神经毒性的表观遗传机制研究进展7㊀表1㊀环境污染物对表观遗传修饰的影响及其神经毒性效应T a b l e 1㊀E f f e c t s o f e n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s o n e p i g e n e t i c m o d i f i c a t i o n s a n d t h e i r n e u r o t o x i c e f f e c t s环境污染物E n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s 研究对象S u b j e c t s表观遗传改变E p i g e n e t i c c h a n g e s 靶基因/蛋白质T a r g e t g e n e s /P r o t e i n s 神经毒性N e u r o t o x i c i t y 参考文献R e f e r e n c e s重金属H e a v y m e t a l s铝A l 人体血清H u m a n s e r u m大鼠海马组织R a t h i p p o c a m p u s小鼠海马组织M o u s e h i p p o c a m p u s大鼠脑组织R a t b r a i n t i s s u e人体血清H u m a n s e r u m大鼠海马组织R a t h i p p o c a m p u sˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o n全基因组G e n o m e -w i d e认知障碍C o g n i t i v e i m p a i r m e n t [17]ˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o nʏA P P 阿尔茨海默病A l z h e i m e r D i s e a s e[18]ˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o nʏA P P阿尔茨海默病A l z h e i m e r D i s e a s e[19]ˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o n全基因组G e n o m e -w i d e记忆和认知缺陷M e m o r y a n d c o g n i t i v e d e f i c i t s[20]ˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o n全基因组G e n o m e -w i d e学习记忆功能损伤I m p a i r m e n t o f l e a r n i n g a n d m e m o r y f u n c t i o n[21]ʏH 3K 27m e 3ʏH 3K 9m e 2ˌB D N F ,ˌE G R 1学习记忆功能损伤I m p a i r m e n t o f l e a r n i n g a n d m e m o r y f u n c t i o n[22]ˌH 3K 9a cˌH 4K 12a cˌB D N F学习记忆功能损伤I m p a i r m e n t o f l e a r n i n g a n d m e m o r y f u n c t i o n[23]砷A s大鼠皮质㊁海马组织R a t c o r t e x a n d h i p p o c a m p u sˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o n雌性小鼠海马齿状回组织F e m a l e m i c e h i p p o c a m p a l d e n t a t e g y r u sˌH 3K 9a cˌH 3K 4m e 3雄性小鼠海马齿状回组织M a l e m i c e h i p p o c a m p a l d e n t a t e g y r u sʏH 3K 9a cʏH 3K 4m e 3小鼠皮质㊁海马组织M o u s e c o r t e x a n d h i p p o c a m p u sˌH 3K 9a c 小鼠海马组织M o u s e h i p p o c a m p u sʏm i R -219全基因组G e n o m e -w i d e学习记忆功能损伤I m p a i r m e n t o f l e a r n i n g a n d m e m o r y f u n c t i o n[25]全基因组G e n o m e -w i d e海马神经元发生障碍㊁抑郁症H i p p o c a m p a l n e u r o n a l d y s f u n c t i o n a n d d e p r e s s i o n[26]全基因组G e n o m e -w i d e空间和情景记忆能力损伤I m p a i r m e n t o f s p a t i a l a n d e p i s o d i c m e m o r y[27]ˌC a M K Ⅱ学习记忆障碍以及突触损伤L e a r n i n g a n d m e m o r y i m p a i r m e n ta n d s y n a p t i c d a m a g e[28]8㊀生态毒理学报第18卷续表1环境污染物E n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s 研究对象S u b j e c t s表观遗传改变E p i g e n e t i c c h a n g e s 靶基因/蛋白质T a r g e t g e n e s /P r o t e i n s 神经毒性N e u r o t o x i c i t y 参考文献R e f e r e n c e s 锰M n人体血清H u m a n s e r u mˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o nʏN O S 2神经炎症N e u r o i n f l a m m a t i o n[29]S H -S Y 5Y 细胞S H -S Y 5Y c e l l sʏD N A 甲基化ʏD N A m e t h y l a t i o nˌP a r k i nˌP I N KˌT HˌP I N K 1-P A R K 2帕金森病P a r k i n s o n s D i s e a s e多巴胺生物合成减少R e d u c e d d o p a m i n e b i o s y n t h e s i s线粒体功能障碍M i t o c h o n d r i a l d y s f u n c t i o n[30]小鼠脑组织M o u s e b r a i n t i s s u eʏD N A 甲基化ʏD N A m e t h y l a t i o nˌM i d 1ˌN r 2f 1ˌA t p 1a 3海马神经发生持续中断,多巴胺能中间神经元数量减少S u s t a i n e d d i s r u p t i o n o f h i p p o c a m p a l n e u r o g e n e s i s a n dd e c r e a s e d n u m b e r s o f d o p a m i n e r g i c i n t e r n e u r o n s[31]P C 21细胞㊁S H -S Y 5Y 细胞P C 21c e l l s a n d S H -S Y 5Y c e l l sˌH 3a cˌH 4a c全基因组G e n o m e -w i d e细胞凋亡C e l l a p o p t o s i s[33]铅P b小鼠皮质组织M o u s e c o r t i c a l t i s s u e小鼠额叶皮层组织M o u s e f r o n t a l c o r t e x t i s s u e小鼠皮质组织M o u s e c o r t i c a l t i s s u e小鼠脑组织M o u s e b r a i n t i s s u eʏD N A 甲基化ʏD N A m e t h y l a t i o nˌN R 3C 1认知功能障碍C o g n i t i v e d y s f u n c t i o n[34]ʏD N A 甲基化ʏD N A m e t h y l a t i o nˌ神经分化相关基因ˌG e n e s i n v o l v e d i n n e u r a ld i f fe r e n t i a t i o n促进神经退化P r o m o t e n e u r o d e g e n e r a t i o n[36]ˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o nʏA P P阿尔茨海默症A l z h e i m e r D i s e a s e[37]ˌH 2K 9a cˌH 3K 4m e 2ʏH 3K 27m e 3全基因组G e n o m e -w i d e阿尔茨海默症A l z h e i m e r D i s e a s e[38]ˌm i R -106bˌm i R -124ʏA P PʏS P 1阿尔茨海默症A l z h e i m e r D i s e a s e[39]汞H g 无机汞H g 甲基汞M e H g 人体血清H u m a n s e r u mʏD N A 甲基化ʏD N A m e t h y l a t i o nˌP O N 1认知障碍C o g n i t i v e d y s f u n c t i o n[40]斑马鱼Z e b r a f i s hʏM a l a t 1/神经发育异常N e u r o d e v e l o p m e n t a l d i s o r d e r[41]N S C 细胞N S C c e l l sˌD N A 甲基化ˌD N A m e t h y l a t i o nʏP 16ʏP 21细胞周期阻滞C e l l c y c l e a r r e s t[43]L U H M E S 细胞L U H M E S c e l l sʏH 3K 27m e 3ˌT H细胞周期阻滞;多巴胺生物合成受抑制C e l l c y c l e a r r e s t ;I n h i b i t i o n o f d o p a m i n e b i o s y n t h e s i s[44]。
组学技术在环境毒理学中的应用-案例研究
组学技术在环境毒理学中的应用-案例研究组学技术在环境毒理学中的应用主要包括基因组学、转录组学、蛋白组学和代谢组学等技术。
这些技术可以帮助研究人员全面、系统地了解环境污染物对生物体的影响，并揭示毒素诱导的分子机制和生物响应。
以下是一个环境毒理学中应用组学技术的案例研究：研究对象：小鼠研究目标：探究苯并[a]芘（BaP）等环境污染物引起的基因表达变化以及潜在的生物响应机制。
研究步骤：1. 通过转录组学技术获取BaP暴露小鼠和对照小鼠的RNA样本，利用高通量测序技术对转录组进行全面的分析。
2. 运用生物信息学分析方法对测序数据进行处理和筛选，找出差异表达基因（DEGs）。
3. 利用基因表达谱数据进行生物信息学分析，包括通路富集分析、转录因子分析和亚细胞定位分析等，以揭示BaP暴露对小鼠基因调控网络的影响。
4. 利用蛋白组学技术对DEGs进行验证，通过质谱分析鉴定差异表达的蛋白质。
5. 基于代谢组学技术对BaP暴露小鼠和对照小鼠的代谢产物进行分析，以揭示代谢途径的改变。
研究结果：1. 转录组学分析发现BaP暴露引起了大量基因的差异表达，包括一些与DNA修复、细胞凋亡、氧化应激和免疫反应等相关的基因。
2. 通路富集分析发现，BaP暴露可能影响多个通路，包括代谢通路、细胞凋亡通路和DNA修复通路等。
3. 转录因子分析揭示了一些差异表达基因可能关联的转录因子，进一步揭示了BaP暴露对基因调控的影响机制。
4. 蛋白组学分析发现了一些与差异表达基因相关的差异表达蛋白，进一步验证了基因表达谱数据的可靠性。
5. 代谢组学分析揭示了BaP暴露引起的代谢路径的变化，进一步揭示了BaP对代谢的潜在影响。
通过以上研究，可以深入地了解BaP等环境污染物对小鼠基因表达、蛋白质表达和代谢的影响，揭示了其潜在的生物毒性机制，为环境污染物的风险评估和环境健康保护提供了科学依据。
生态基因组学研究进展
生态基因组学研究进展生态基因组学是生态学和基因组学的交叉学科，旨在了解生物群落的遗传多样性和功能。
在过去的几十年中，随着DNA测序技术的发展和DNA信息学分析的进步，生态基因组学已经成为一个极为活跃的领域，为我们认识和保护生物多样性以及理解生态系统的生物地球化学循环提供了新的手段。
1. 生态基因组学的研究对象生态基因组学研究的对象是生态系统中的微生物、植物、动物等所有生物，这些生物群落构成了地球上生命的重要组成部分。
生态基因组学不仅可以描述不同群落的种类和多样性，还可以分析生物间的互动关系，以及群落内的基因流及功能调节机制。
2. 生态基因组学的应用领域生态基因组学的应用领域十分广泛。
例如，生态基因组学被应用于环境污染监测中，通过对生物群落中污染物代谢和分解的基因进行分析，可以准确地了解污染物在生态系统中的分布和转化过程，进而提供有效的污染治理措施。
此外，生态基因组学也被应用于疾病的研究中。
通过对人体微生物群落基因组的深度分析，可以确定某些疾病发生的原因和机制，为科学家们发掘新型疾病治疗方案提供了新的研究思路。
3. 生态基因组学的研究进展（1）微生物革命：微生物是生态系统中最广泛存在的生物类群之一。
通过生态基因组学的研究，科学家们已经揭示了微生物控制生态系统能量和物质循环的机制以及其在生物群落功能中的重要地位。
同时，也让我们更加深入地了解了细菌以及其他微生物与宿主机体在基因和代谢水平上的关系。
（2）大规模基因组数据的挖掘：生态基因组学需要处理的基因组数据量非常大，这对于数据挖掘和信息发现提出了很高的要求。
随着机器学习、深度学习等技术的不断发展，科学家们已经成功地挖掘出了许多社区信息以及生物代谢网络等信息。
同时也发现了一些新的群落与物种，为我们认识生物多样性提供了新思路和方法。
（3）生态环境遗传学的崛起：环境遗传学是生态基因组学中的重要分支之一。
它的研究对象是生态系统与环境的相互作用中产生的基因组变异和进化过程，以及这些变异对群落组成和功能的影响。
环境毒理学表观遗传修饰催化机制详解
环境毒理学表观遗传修饰催化机制详解表观遗传修饰是指在基因组水平上对基因的功能进行调控，而不改变DNA序列本身。
在环境毒理学研究中，表观遗传修饰的催化机制起到重要作用。
本文将详细解释环境毒理学中的表观遗传修饰催化机制，并探讨其对生物体的影响。
表观遗传修饰包括DNA甲基化、组蛋白修饰以及非编码RNA表达调控等多个层面。
这些修饰可以通过改变染色质的结构和功能，影响基因的表达状态。
环境毒理学中，环境污染物可以通过直接或间接地作用于这些修饰机制，从而改变基因表达和细胞命运。
首先，DNA甲基化是最常见的表观遗传修饰方式之一。
DNA甲基化是指DNA 分子上的甲基基团与某些碱基（通常是胸腺嘧啶）相结合的过程。
在环境毒理学中，DNA甲基化的催化机制可以通过污染物的介入来发生改变。
一些环境污染物，如多氯联苯（PCB）和苯并[a]芘（BaP），可作为DNA甲基转移酶的底物或抑制剂，导致DNA甲基化水平的改变。
这种改变可能会影响基因的表达，从而导致细胞的异常功能和疾病的发生。
其次，组蛋白修饰是另一种重要的表观遗传修饰方式。
组蛋白是染色质结构的主要组成部分，通过不同的修饰方式如乙酰化、甲基化、磷酸化等，可以改变染色质的结构和功能。
环境污染物可以通过直接或间接地干扰组蛋白修饰酶的活性，从而改变组蛋白的修饰模式。
例如，一些有机溶剂可以抑制乙酰化修饰酶的活性，导致组蛋白乙酰化水平的下降，进而影响基因的表达。
此外，环境污染物还可以直接与组蛋白结合，改变其结构和功能，进而影响基因的表达和细胞功能。
非编码RNA表达调控是近年来被广泛研究的表观遗传修饰方式之一。
在基因组中，大约90%的RNA转录出来后并没有编码成蛋白质，而是具有调控基因表达的功能。
环境污染物可以通过直接或间接地调控非编码RNA的表达，从而影响基因的转录和翻译过程。
例如，一些有机污染物可以干扰长链非编码RNA的表达，从而改变基因的表达模式。
此外，环境污染物还可以通过干扰非编码RNA与其靶标的结合，进一步影响基因表达和细胞功能。
微囊藻毒素对微生物的生态毒理学效应研究进展
微囊藻毒素对微生物的生态毒理学效应研究进展
杨翠云;刘苏静;周世伟;夏传海;刘永定
【期刊名称】《生态毒理学报》
【年(卷),期】2009(004)004
【摘要】微囊藻毒素是一类由蓝藻产生的具有肝毒性的环状肽类化合物,是富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素,也是蓝藻水华污染过程中产量最大、危害最严重的藻毒素种类.论文根据微囊藻毒素对微生物(包括微型浮游植物、细菌、真菌)生态毒理学效应最新的研究进展,简要综述了微囊藻毒素的产生、理化性质以及对微生物的毒性效应,并对此研究领域进行了展望.
【总页数】7页(P602-608)
【作者】杨翠云;刘苏静;周世伟;夏传海;刘永定
【作者单位】中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,烟台264003;中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,烟台264003;中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,烟台264003;中国科学院烟台海岸带可持续发展研究所,烟台264003;中国科学院水生生物研究所,武汉430072
【正文语种】中文
【中图分类】X171.5
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5.微塑料对海洋生物生态毒理学效应研究进展 [J], 薄军;陈梦云;方超;郑榕辉;王素敏;洪幅坤;张玉生;;;;;;;
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4 动物生态与保护生物学院重点实验室简介
中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室实验室的前身是建立于1964年的中国科学院动物研究所动物生态学实验室。
在历代科学家和研究人员不懈地创新和努力下，从上世纪六十年代野生大熊猫研究的开创性工作、到九十年代初动物生态与保护生物学体系的建立，直至今日在宏、微观生物学领域所取得的卓著成就，实验室不仅已成为国内顶尖的动物生态学与保护生物学研究团队，并在同类领域内已具有相当的国际影响力。
实验室目前有十三个一流的科研团队，其中四人为杰出青年基金获得者，七人为中国科学院“百人计划”获得者，1人入选国家青年千人计划。
实验室80%以上的研究工作来自各类国家级项目和国际合作项目，每年所获得的科研经费在数千万元左右。
实验室与国际一流大学和科研机构（例如，哈佛大学，耶鲁大学，牛津大学，剑桥大学，伦敦大学学院等）有广泛和深入的合作，在大型兽类的基因组生态学、鸟类生态学、行为与进化生态学、生理生态学、入侵生态学、污染生态学、濒危珍稀动物的保护与管理、重要野生动物疫病的监测与预警等领域已获得一批具有国际一流水准的研究成果。
真诚地欢迎你加入动物生态与保护生物学实验室的研究团队，分享我们的科学理念与成就，贡献你的智慧，创造你的未来。
我们所关注的主要科学问题1．重要野生动物功能基因组及其进化历史：进入本世纪以来基因组技术的发展为揭示野生动物形状的进化机制及其演化历史提供了一个全新的技术手段。
例如，大熊猫与小熊猫均具有伪拇指，也称“第六指”，这一特殊的形态器官是食竹食性特化的趋同结果吗？大熊猫具有800多万年的进化历史，目前仅存于六大隔离的山系，是否有可能准确地重建大熊猫的演化历史？2．野生动物婚配制度的进化生物学：动物的婚配制度是动物种群繁衍发展的关键环节，也是最复杂的动物行为特征。
例如，为什么有些动物是一夫一妻，而另一些则是一夫多妻，一妻多夫，或混交制？不同的婚配制度所包含的进化生物学意义是什么？婚配制度与自然环境有什么样的关系？婚配制度的进化生物学还涉及性比、性选择及两性冲突等许多重要的科学问题。
斑马鱼在生态毒理学研究及环境监测中的应用
斑马鱼在生态毒理学研究及环境监测中的应用刘辉;戴家银【摘要】斑马鱼作为一种新型的模式动物,由于其易于饲养、体外受精、产卵量大、胚胎透明及体外发育等优点,已经广泛应用于生物研究的多个领域. 近年来,斑马鱼及其胚胎也已经广泛应用于生态毒理学研究及环境监测领域;并且随着转基因斑马鱼技术的建立,斑马鱼及其胚胎将更好地应用于生态毒理学研究和环境监测.%Zebrafish, a new type of model animal , has been widely used in many fields of biological research be-cause of its low cost , ability of external fertilization , high fecundity , allowance of embryo transplant , and ectogenesis .Re-cently, zebrafish and its embryos have been widely used in ecotoxicological studies and environmental monitoring .Further-more, with the maturation of zebrafish transgenic techniques , a new era has come for environmental pollution monitoring .【期刊名称】《中国实验动物学报》【年(卷),期】2015(023)005【总页数】6页(P529-534)【关键词】斑马鱼;生态毒理学;环境监测;转基因【作者】刘辉;戴家银【作者单位】中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,中国科学院动物研究所,北京 100101;蚌埠医学院医学检验系,安徽蚌埠 233030;中国科学院动物生态与保护生物学重点实验室,中国科学院动物研究所,北京 100101【正文语种】中文【中图分类】Q95-33斑马鱼（英文名：zebrafish，拉丁文名：Danio rerio）也称为蓝条鱼、花条鱼、蓝斑马鱼、印度鱼或印度斑马鱼等，属于硬骨鱼类，辐鳍亚纲（Actinopterygii），鲤形目（Cypriniformes），鲤科（Cyprinidae），鱼丹属（Danio）。
211036564_环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第1期2023年2月V ol.18,No.1Feb.2023㊀㊀基金项目:农业农村部淡水渔业健康养殖重点实验室开放课题(ZJK202010);中央高校基本科研业务费专项资金(2662021SCPY003)㊀㊀第一作者:孔娟(1995 ),女,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E -mail:*****************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:*****************㊀㊀#共同通信作者(Co -corresponding author),E -mail:*********************DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220124001孔娟,范博雅,原居林,等.环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应[J].生态毒理学报,2023,18(1):426-439Kong J,Fan B Y ,Yuan J L,et bined effects of environmental concentration of oxytetracycline and polystyrene microplastics on intestinal tract of juvenile yellow catfish (Pelteobagrus fulvidraco )[J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(1):426-439(in Chinese)环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应孔娟1,范博雅1,原居林2,#,余丽琴1,3,*1.华中农业大学水产学院,武汉4300702.浙江省淡水水产研究所,湖州3130003.教育部长江经济带大宗水生生物产业绿色发展教育部工程研究中心,武汉430070收稿日期:2022-01-24㊀㊀录用日期:2022-04-24摘要:近年来,氧四环素(oxytetracycline,OTC)和聚苯乙烯微塑料(polystyrene microplastics,PS -MPs)在水环境中被广泛检出㊂为了探究PS -MPs 与OTC 对鱼类的联合毒性效应,选取黄颡鱼(Pelteobagrus fulvidraco )幼鱼为研究对象,将其暴露于CON(对照)组㊁环境浓度OTC(500ng ㊃L -1)单独组㊁MPs -L(100μg ㊃L -1PS -MPs)单独组㊁MPs -L+OTC(100μg ㊃L -1PS -MPs+500ng ㊃L -1OTC)复合组㊁MPs -H(1000μg ㊃L -1PS -MPs)单独组和MPs -H+OTC(1000μg ㊃L -1PS -MPs+500ng ㊃L -1OTC)复合组中28d ,研究了OTC 和PS -MPs 单独以及联合暴露对幼鱼生长㊁肠道结构和肠道菌群的影响㊂研究结果表明,与对照组相比,OTC 单独暴露和MPs -L 单独暴露对黄颡鱼幼鱼体长㊁体质量及体质量增长率,肠道氧化应激酶(超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT))活性及消化酶(胰蛋白酶(trypsin,TRS)㊁淀粉酶(amylase,AMS)和脂肪酶(lipase,LPS))活性,肠道微生物组成(OTU 数目㊁α多样性㊁β多样性以及门㊁属水平上物种组成的相对丰度)均无显著性影响㊂但MPs -L+OTC 复合暴露导致SOD 和CAT 活性显著升高,引起肠道空泡化㊁肠上皮细胞轻微缺失,变形菌门的相对丰度显著升高,且与OTC 单独暴露组相比,肠道CAT 活性显著性升高㊂MPs -H 单独暴露抑制了黄颡鱼幼鱼体质量和体质量增长率,引起了肠道空泡化,导致其肠道SOD 和CAT 活性显著升高,消化酶TRS 和LPS 活性显著降低,厚壁菌门相对丰度显著降低㊂与MPs -H 单独组和OTC 单独组相比,MPs -H+OTC 组进一步加剧肠道氧化酶活性升高㊁消化酶活性降低㊁肠道损伤和肠道菌群紊乱㊂相关性分析表明,肠道葡萄球菌属和体长显著负相关;鲸杆菌属和SOD 显著正相关;气单胞菌属与LPS 显著负相关,与AMS 显著正相关㊂上述结果显示PS -MPs 高浓度单独以及与OTC 复合暴露可能通过肠道损伤以及肠道菌群的改变,进而影响肠道消化酶活性,导致黄颡鱼幼鱼生长抑制㊂此外,PS -MPs 和OTC 的复合肠道毒性表现出显著的协同效应㊂本实验结果将为水环境中抗生素和微塑料的生态风险评价提供新的视角和理论依据㊂关键词:聚苯乙烯微塑料;氧四环素;黄颡鱼幼鱼;复合暴露;肠道菌群文章编号:1673-5897(2023)1-426-14㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:ACombined Effects of Environmental Concentration of Oxytetracycline and Polystyrene Microplastics on Intestinal Tract of Juvenile Yellow Catfish (Pelteobagrus fulvidraco )Kong Juan 1,Fan Boya 1,Yuan Julin 2,#,Yu Liqin 1,3,*第1期孔娟等:环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应427㊀1.College of Fisheries,Huazhong Agricultural University,Wuhan430070,China2.Zhejiang Institute of Freshwater Fisheries,Huzhou313000,China3.Engineering Research Center of Green Development for Conventional Aquatic Biological Industry in the Yangtze River Economic Belt,Ministry of Education,Wuhan430070,ChinaReceived24January2022㊀㊀accepted24April2022Abstract:In recent years,oxytetracycline(OTC)and polystyrene microplastics(PS-MPs)have been widely detec-ted in aquatic environment.In order to investigate the combined effects of PS-MPs and OTC on intestinal tract of fish,we investigated the effects of OTC and PS-MPs exposure on growth,intestinal structure and intestinal micro-flora of fish.Juvenile yellow catfish(Pelteobagrus fulvidraco)were exposed to500ng㊃L-1OTC(OTC),100(low concentration)(MPs-L)and1000μg㊃L-1(high concentration)(MPs-H)PS-MPs,or their combination(combined MPs-L+OTC,combined MPs-H+OTC)for28d.Results showed that OTC and MPs-L alone exposure had no sig-nificant effect on the growth,intestinal antioxidant enzyme activities(including superoxide dismutase(SOD)and catalase(CAT)),digestive enzyme activities(including trypsin(TRS),amylase(AMS)and lipase(LPS)),or intesti-nal flora(including OTU number,alpha diversity,beta diversity,and relative abundance of species composition at phylum level and genus level)of juvenile yellow catfish.However,combined MPs-L+OTC exposure significantly increased SOD and CAT activities,induced intestinal vacuolation and slight loss of intestinal epithelial cells,as well as significantly increased the relative abundance of Proteobacteria as compared to the control group.Intestinal CAT activity was significantly increased in the combined MPs-L+OTC exposure group as compared to the OTC alone exposure group.Moreover,MPs-H alone exposure inhibited the body weight and weight gain rate of juvenile yellow catfish,induced intestinal vacuolation,significantly increased the activities of SOD and CAT,significantly decreased the activities of digestive enzymes TRS and LPS,and significantly decreased the relative abundance of pared with the MPs-H group and OTC group,the effects on oxidase activities,digestive enzyme activities,intestinal injury and intestinal flora were further exacerbated in the combined MPs-H+OTC group.In ad-dition,correlation analysis showed that a significant negative correlation between Staphylococcus and body length. Abundance of Cetobacterium was positively correlated with the activities of SOD.Aeromonas was negatively cor-related with the activity of LPS while positively correlated with AMS.Thus,high concentration of PS-MPs alone or combined OTC exposure might affect intestinal digestive enzyme activities through intestinal injury and changes in the intestinal flora,resulting in growth inhibition of juvenile yellow catfish.In addition,the combined intestinal tox-icity of PS-MPs and OTC showed significant synergistic effects.The results of this study might provide a new per-spective and theoretical basis for ecological risk assessment of antibiotics and microplastics in aquatic environment. Keywords:polystyrene microplastic;oxytetracycline;juvenile yellow catfish;combined exposure;intestinal flora㊀㊀抗生素(antibiotics)能干扰或抑制致病微生物的存在,广泛使用于人类及动物的疾病防治㊁畜牧及水产养殖等领域[1]㊂据统计,全世界抗生素的使用量可达10~20万t[2],其中我国是抗生素最大的生产国和消费国,2013年我国抗生素的使用量已高达16.2万t[3]㊂大多数的抗生素很难被人体或动物全部吸收,25%~75%的抗生素会以原药或代谢产物的形式通过粪便或尿液排入水环境中,已在各种水体中检测到了其广泛存在[4],主要包括四环素类㊁大环内酯类㊁磺胺类㊁喹诺酮类和氯霉素类[5-8]㊂四环素类抗生素(tetracyclines,TCs)作为我国生产量和实际使用量最大的抗生素,在各种水体中被频繁地检测到[9-12]㊂其中,氧四环素(oxytetracycline, OTC)的检出浓度最高㊂在黄浦江中OTC和TC的最高浓度分别可达479ng㊃L-1和440ng㊃L-1[13]㊂在中国的海陵湾地区水体中检测到了21种抗生素,其中OTC的浓度最高,平均浓度为417.76ng㊃L-1,最高浓度高达15.16μg㊃L-1[12]㊂有关OTC在环境浓度慢性暴露下对水生生物的影响研究较少,近几年的研究发现环境浓度OTC影响鱼类的肠道结构和微生物群落㊂环境浓度OTC(420ng㊃L-1)暴露或者投喂罗非鱼导致其生长受抑制㊁肠道屏障被破坏和428㊀生态毒理学报第18卷肠道菌群失调[14-15]㊂420ng㊃L-1OTC暴露导致斑马鱼抗氧化性显著降低,肠道屏障功能障碍,炎症因子表达量增加,肠道菌群受到干扰[16]㊂在水生态系统中,抗生素对水生生物的毒性效应也会受到一些非生物因素的影响,例如pH㊁温度㊁紫外线以及其他环境污染物(重金属㊁有机污染物等)㊂在众多的水环境污染物中,微塑料不仅能够直接对水生生物产生危害还可以作为载体吸附抗生素[17],因此其对抗生素毒性效应的影响亟待得到关注㊂微塑料(microplastics,MPs)被定义为尺寸<5mm 的塑料颗粒,具有粒径小㊁不易被降解等特点㊂环境调查发现我国水体㊁土壤和沉积物等环境中均有微塑料,且水体是其主要归趋地之一[18]㊂调查表明黄浦江与长江河口交界处微塑料浓度为(4137.3ʃ2461.5)个㊃m-3[19]㊂武汉市湖泊水体大多流动性较小或是静水,其微塑料的累积量高达(8925ʃ1591)个㊃m-3[20]㊂对水环境中微塑料种类的检测发现,聚苯乙烯微塑料(polystyrene microplastics,PS-MPs)是其主要成分之一[21]㊂MPs极易通过摄食等途径在水生生物体内累积,其在各种鱼类㊁中华白鳍豚和东亚江豚等肠道内均被检测到[22-25]㊂此外,微塑料能够抑制鱼类摄食和生长,引起肠道损伤和炎症,氧化应激毒性和生殖毒性等多种毒性效应[26-29]㊂其中,微塑料对鱼类肠道损伤和微生物群落的影响近年来受到了广泛的关注㊂研究发现PS-MPs暴露导致斑马鱼肠道菌群失调㊁炎症反应和肠道屏障功能障碍[30-32]㊂为了探索PS-MPs和OTC对鱼类的联合毒性效应,本文以黄颡鱼幼鱼为实验生物,探究了环境浓度OTC(500ng㊃L-1)和PS-MPs(100μg㊃L-1和1000μg㊃L-1)单独及联合暴露28d后对黄颡鱼幼鱼的生长㊁肠道氧化应激㊁肠道消化酶活性㊁肠道组织病理及肠道菌群的影响㊂本研究从个体水平㊁器官水平和微生物水平评价OTC和PS-MPs对黄颡鱼幼鱼的肠道影响,进而为评价PS-MPs和OTC的环境健康风险评价提供理论依据㊂1㊀材料与方法(Materials and methods)1.1㊀实验试剂氧四环素,CAS号为6153-64-6,纯度ȡ97%,购自上海麦克林生化科技有限公司,使用去离子水将OTC溶解配制成浓度为50μg㊃mL-1的储备液,储存在4ħ冰箱里㊂聚苯乙烯微塑料(PS-MPs,球形,5μm,纯度ȡ99%)购自天津倍思乐色谱技术开发中心,用去离子水将微塑料原液稀释为1mg㊃mL-1的储备液,储存在4ħ冰箱;PS-MPs储备液使用前需超声20min并用曝气24h的自来水稀释为100μg㊃L-1和1000μg㊃L-1的暴露液㊂1.2㊀黄颡鱼驯养及暴露实验黄颡鱼鱼苗购自武汉市黄优源渔业发展有限公司,将刚出苗3d的黄颡鱼鱼苗转移至室内养殖系统中进行为期2周的暂养㊂在实验开始时,选取规格一致的健康仔鱼(平均体长(13.38ʃ0.62)mm,平均体质量(0.028ʃ0.003)g)分别暴露在CON组㊁OTC (500ng㊃L-1)组㊁MPs-L(100μg㊃L-1PS-MPs)组㊁MPs-H(1000μg㊃L-1PS-MPs)组㊁MPs-L+OTC(100μg㊃L-1PS-MPs+500ng㊃L-1OTC)组和MPs-H+OTC (1000μg㊃L-1PS-MPs+500ng㊃L-1OTC)组共6个浓度组中,每组有3个平行缸,每缸60尾鱼于18L暴露液中㊂暴露养殖水为曝气24h的自来水,暴露过程中持续稳定曝气(防止微塑料颗粒凝聚)㊂保持稳定的水质参数:pH=7~8,水温(26.1ʃ0.8)ħ,溶氧(16.4ʃ0.2)mg㊃L-1,光周期为14h/10h(昼/夜),每天更换一半暴露液㊁暴露时间为28d㊂每天投喂商业饲料3次(10:00㊁16:00和21:00),投喂率为鱼体质量的4%㊂1.3㊀PS-MPs的表征分析表征前,将PS-MPs进行20min超声,采用超纯水制备5mL浓度为1000μg㊃L-1的测试溶液㊂采用透射电子显微镜(TEM,HT-7700,日本日立有限公司)来观察PS-MPs的尺寸;用纳米粒度及Zeta电位分析仪(Zetasizer Nano ZS,英国马尔文公司)测得PS-MPs的Zeta电位㊂1.4㊀生长指标的测定暴露结束后,黄颡鱼禁食24h后浸泡在<4ħ的冰水浴中安乐死㊂每个浓度每个平行取25尾黄颡鱼幼鱼,测量并分析黄颡鱼幼鱼的体质量(body weight,BW)㊁体长(body length,BL)(黄颡鱼幼鱼吻到尾鳍基部)㊁存活率(survival rate,SR)㊁体质量增长率(weight gain rate,WGR)㊁特定生长率(specific growth rate,SGR)(d-1)㊁脑体比(brain somatic index, BSI)和肝体比(hepato somatic index,HSI)㊂计算公式如下:存活率(SR)=(N t/N)ˑ100%体质量增长率(WGR)=(W t-W0)/W0ˑ100%特定生长率(SGR)=[ln(W t/N t)-ln(W/N)]/tˑ100%肝体比(HSI)=(肝脏质量/W t)ˑ100%脑体比(BSI)=(脑质量/W t)ˑ100%式中:W为试验鱼的初始质量(g),W t为试验鱼的第1期孔娟等:环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应429㊀终末质量(g),N和N t为试验开始和试验结束时每组鱼尾数,t为试验时间(d)1.5㊀肠道组织病理分析暴露28d后,随机从每个浓度每个平行缸取4尾黄颡鱼幼鱼用于肠道组织病理学分析㊂取样前禁食24h,解剖取中肠组织(1~2cm)于4%多聚甲醛缓冲液固定24~48h㊂肠组织经乙醇㊁二甲苯透明液脱水,石蜡包埋㊁切片(4μm),苏木精和伊红(H& E)染色切片,使用立体显微镜(Leica,M205FA,德国)的400倍镜头进行组织病理学评估㊂1.6㊀肠道抗氧化酶的活性测定暴露28d后,禁食24h,随机从每个浓度每个平行中取3尾黄颡鱼幼鱼肠道测定酶的活性㊂装入EP冻存管迅速置于液氮冷冻,置于-80ħ冰箱中保存待测㊂使用组织细胞破碎仪(Buller Blender,Tis-sulyser-24,美国Next Advance公司)将肠组织样品和0.86%冷生理盐水均质,4ħ离心15min(2500r㊃min-1)㊂取上清液按照试剂盒说明书测定肠道超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)和过氧化氢酶(catalase,CAT)酶活性㊂蛋白质浓度采用蛋白定量(TP)测定盒(BCA微板法)测定㊂实验所使用酶标仪为Synergy H4(Biotek,VT,USA),使用的商业化试剂盒均购自南京建成研究所㊂1.7㊀肠道消化酶的活性测定暴露结束后,每个浓度每个平行中取3尾黄颡鱼幼鱼用于消化酶活性的测定,肠道的取样方法和前处理方法同1.6㊂测定肠道胰蛋白酶(trypsin, TRS)㊁淀粉酶(amylase,AMS)和脂肪酶(lipase,LPS)活性的方法参照各试剂盒说明书㊂酶液蛋白质浓度采用蛋白定量(TP)测定盒(BCA微板法)测定㊂所使用的商业化试剂盒购自南京建成研究所㊂1.8㊀肠道菌群16S rRNA扩增子测序分析暴露结束后,随机从各实验组的每个平行缸中在无菌操作台上取6尾黄颡鱼幼鱼肠道用于肠道菌群测序检测㊂具体操作如下:冰盘上无菌解剖黄颡鱼肠道并收集,液氮速冻后转移至-80ħ冰箱中待测㊂将取得的36个肠道样本送至广东美立康生物科技有限公司进行测序分析㊂具体分析流程如下:采用两步PCR法,使用通用正向引物515F(5 -GT-GYCAGCMGCCGCGGTA-3 )和反向引物909R(5 -CCCCGYCAATTCMTTTRAGT-3 )扩增微生物16s rRNA基因的V4-V5高变区,扩增条件为94ħ预变性3min,然后进行30个循环的常规扩增(94ħ变性40s,56ħ退火60s,72ħ延伸60s),最后72ħ延伸10min㊂使用1.2%的琼脂糖凝胶电泳后采用sanPrep DNA凝胶回收试剂盒(生工,中国)纯化,所有纯化的DNA等量混合后,对高变区进行PCR扩增后用Illumina Miseq测序平台对PCR扩增产物进行测序,鉴定群落中的微生物组成和其相对丰度㊂采用QIIME1.9.0软件按照序列97%的相似性将序列聚类为OTUs(Operational Taxonomic Units),计算α多样性指数和UniFrac距离矩阵并进行PCoA排序分析㊂1.9㊀数据分析与统计所有数据均以 平均值ʃ标准误差 (MeanʃSEM)表示,双因素方差分析(Two-way ANOV A)方法分析试验数据的差异性(IBM SPSS Statistics22)㊂如果差异达到显著水平(P<0.05),选择Duncan法进行多重比较分析㊂运用R(4.1.2)采用相关分析方法分析黄颡鱼幼鱼生长㊁肠道氧化应激水平和肠道消化酶活性与肠道微生物之间的相关性㊂2㊀结果(Results)2.1㊀聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)的表征如图1所示,用透射电子显微镜观察到PS-MPs 的尺寸为5μm(图1(a)),用纳米粒度及Zeta电位分析仪(Zetasizer Nano ZS)测得PS-MPs的Zeta电位为-44.3mV(图1(b)),表明PS-MPs在超纯水中,直径为5μm,粒径几乎没有差异㊂2.2㊀OTC和PS-MPs暴露28d后对幼年黄颡鱼生长性能的影响如表1所示,暴露28d后,与对照组相比,OTC 组㊁MPs-L组和MPs-L+OTC组的所有生长指标均无显著性差异;MPs-H组的体质量显著下降15.06%(P< 0.05),体质量增长率显著下降8.41%(P<0.05);MPs-H +OTC组的体质量显著下降15.45%(P<0.05),体质量增长率显著下降17.17%(P<0.05),SGR显著下降7.49%(P<0.05),BSI显著降低25.57%(P<0.05);此外,与MPs-H组相比,MPs-H+OTC组的BSI显著降低了19.79%(P<0.05)㊂2.3㊀中肠组织病理分析如图2所示,黄颡鱼肠组织结构可由黏膜层㊁肌层和浆膜层组成,淋巴细胞常在上皮细胞之间分布,多位于基底部㊂与对照组相比,OTC组和MPs-L组的肠道组织形态学完整,肠黏膜皱襞排列整齐,纹状缘清晰,边缘光滑,没有明显的病理损伤(图2(a)㊁2 (b)和2(d))㊂在MPs-H组中,肠道出现轻微的组织430㊀生态毒理学报第18卷损伤:少量空泡化现象(图2(c))㊂在MPs -L+OTC 组和MPs -H+OTC 组中,组织损伤加剧:部分淋巴细胞轻微向游离面游走,空泡化变性,肠上皮细胞轻微缺失,固有膜结缔组织疏松(图2(e)和2(f))㊂2.4㊀黄颡鱼幼鱼肠道抗氧化酶的活性如图3所示,与对照相比,OTC 组和MPs -L 组未受到显著性影响;MPs -H 组的SOD 活性和CAT活性分别显著提高了35.3%(P <0.05)和100.8%(P <0.05);MPs -L+OTC 组的SOD 活性和CAT 活性分别显著提高了42.7%(P <0.05)和85.5%(P <0.05);MPs -H+OTC 组中SOD 活性和CA T 活性分别显著提高了120.5%(P <0.05)和169.6%(P <0.05)㊂此外,与MPs -H 组相比,MPs -H+OTC 组CAT 活性和SOD 活性分别显著提高了34.3%(P <0.05)和63.7%(P <0.05)㊂图1㊀聚苯乙烯微塑料(PS-MPs )的尺寸和Zeta 电位注:(a)PS -MPs 透射电子显微镜图;(b)PS -MPs 在水溶液中的Zeta 电位㊂Fig.1㊀Dimensions and compositions of polystyrene microplastics (PS -MPs)Note:(a)TEM of PS -MPs;(b)Zeta potential of PS -MPs.表1㊀氧四环素(OTC )和PS-MPs 单独及复合暴露对幼年黄颡鱼生长性能的影响Table 1㊀Effects of oxytetracycline (OTC)and PS -MPs alone or in combination exposureon growth performance of juvenile yellow catfish指标Index CON OTC MPs -L MPs -L+OTC MPs -H MPs -H+OTC存活率(SR)/%Survival rate (SR)/%0.75ʃ0.040.71ʃ0.030.74ʃ0.020.72ʃ0.030.67ʃ0.050.71ʃ0.03体长(BL)/mm Body length (BL)/mm 24.77ʃ0.3324.72ʃ0.4723.99ʃ0.2623.82ʃ0.2624.27ʃ0.3024.31ʃ0.24体质量(BW)/mg Body weight (BW)/mg 279.40ʃ0.01a 274.74ʃ0.02a 245.62ʃ0.01ab 256.10ʃ0.01ab 237.32ʃ0.01b 236.24ʃ0.01b体质量增长率(WGR)/%Growth rate of body weight (WGR)/%897.85ʃ46.31a 881.20ʃ55.32ab 777.21ʃ40.04abc 814.53ʃ36.13abc 762.35ʃ38.08bc 743.70ʃ34.23c特定生长率(SGR)/d -1Specific growth rate (SGR)/d-18.96ʃ0.16a 8.90ʃ0.23a 8.69ʃ0.15ab 8.84ʃ0.14ab 8.43ʃ0.13ab 8.29ʃ0.15b肝体比(HSI)/%Hepato somatic index (HSI)/%2.12ʃ0.33 2.03ʃ0.29 1.85ʃ0.22 1.73ʃ0.17 1.85ʃ0.16 1.96ʃ0.14脑体比(BSI)/%Brain somatic index (BSI)/%3.05ʃ0.19a 2.72ʃ0.18ab 2.89ʃ0.18a 2.67ʃ0.15ab 2.83ʃ0.14a 2.27ʃ0.11b注:同列中标有不同小写字母者表示组间有显著性差异(P <0.05)㊂Note:Different lowercase letters in the same column indicated significant difference among groups (P <0.05).第1期孔娟等:环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应431㊀图2㊀OTC 和PS-MPs 单独及复合暴露对黄颡鱼幼鱼鱼肠道组织的影响(400ˑ,比例尺为50μm )注:柱状上皮细胞(1);杯状细胞(2);固有层(3);淋巴细胞(4);空泡化(ң);肠上皮细胞缺失(һ);淋巴细胞向游离面游走(ʀ)㊂Fig.2㊀Effect of OTC and PS -MPs alone or in combination exposure on gut histologyof juvenile yellow catfish (400ˑ,scale bars 50μm)Note:Columnar epithelial cells (1);goblet cells (2);lamina propria (3);lymphocytes (4);vacuolation (ң);intestinal epithelial cells are absent (һ);lymphocytes migrate to the free surface (ʀ).图3㊀OTC 和PS-MPs 单独及复合暴露对黄颡鱼幼鱼氧化应激酶活性的影响(n =3)注:标注不同小写字母表示组间有显著性差异(P <0.05)㊂Fig.3㊀Effects of OTC and PS -MPs alone or in combination exposure on oxidative stress activityof juvenile yellow catfish gut (n =3)Note:Different lowercase letters indicated significant difference among groups (P <0.05).2.5㊀黄颡鱼幼鱼肠道消化酶的活性如图4所示,与对照组相比,OTC 组㊁MPs -L 组和MPs -L +OTC 组的消化酶未受到显著性影响;MPs -H 暴露组的脂肪酶(LPS)和胰蛋白酶(TRS)活性分别显著下降了35.61%(P <0.05)和48.01%(P <0.05);MPs -H+OTC 暴露组的LPS 和TRS 活性分别432㊀生态毒理学报第18卷图4㊀OTC 和PS-MPs 单独及复合暴露对黄颡鱼幼鱼肠道消化酶活性的影响(n =3)注:标注不同小写字母表示组间有显著性差异(P <0.05)㊂Fig.4㊀Effects of OTC and PS -MPs alone or in combination exposure on gut digestive enzyme activitiesof juvenile yellow catfish (n =3)Note:Different lowercase letters indicated significant difference among groups (P <0.05).显著下降了47.73%(P <0.05)和60.25%(P <0.05)㊂2.6㊀微塑料和氧四环素对黄颡鱼幼鱼肠道菌群的影响2.6.1㊀微塑料和氧四环素对黄颡鱼幼鱼肠道菌群α多样性的影响和主成分分析㊀㊀α多样性中,Chao1指数为描述群落丰富度的指数,指数越大,代表对应的群落其丰富度就越高㊂Shannon 指数和Simpson 指数为描述群落多样性的指数,综合考虑了群落的丰富度和均匀度,其值越高,群落的多样性越高㊂如图5(a)所示,MPs -H +OTC 组OTUs 数目与对照组相比,显著下降(P <0.05),其余组别无显著性影响㊂如图5(b)㊁5(c)和5(d)所示,与对照组相比,所有处理组的Simpson 指数无显著性差异,MPs -H 组的Shannon 指数(菌群的物种多样性)显著性降低(P <0.05),MPs -H+OTC 组的Chao1指数(菌群丰富度)(P <0.05)和Shannon 指数(菌群的物种多样性)显著性降低(P <0.05)㊂如图5(e)所示,从Weighted Unifrac 距离来进行PCoA 分析,一个点代表一个样本,同种颜色的点表示相同的处理组㊂投影分析表明样本之间距离越近,在相应维度中的群落组成越相似㊂与对照组相比,MPs -H +OTC 暴露组发生了分离,其余组均有重合㊂2.6.2㊀微塑料和氧四环素对黄颡鱼幼鱼肠道菌群门㊁属水平的影响在门水平上,共检出53个门(2个古细菌门和51个真细菌门)㊂如图6(b)所示,其中优势门(至少在一个样品的相对丰度超过1%)有变形菌门(Pro -teobacteria)㊁梭杆菌门(Fusobacteria)㊁厚壁菌门(Firm -icutes)㊁蓝藻门(Cyanobacteria)㊁酸杆菌门(Acidobacte -ria)㊁放线菌门(Actinobacteria )㊁拟杆菌门(Bacte -roidetes)㊁浮霉菌门(Planctomycetes)和软壁菌门(Te -nericutes)㊂如图6(a)所示,肠道菌群主要富集在3个门上:变形菌门(Proteobacteria)㊁梭杆菌门(Fuso -bacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)㊂对照组中变形菌门㊁梭杆菌门和厚壁菌门的相对丰度分别为38.44%㊁24.22%和15.53%;OTC 组中为33.73%㊁49.65%和13.74%;MPs -L 组中为27.63%㊁5.42%和13.01%;MPs -H 组中为43.56%㊁5.20%和2.52%;MPs -L +OTC 组中为78.57%㊁5.57%和2.65%;MPs -H+OTC 中为15.30%㊁79.32%和0.85%㊂与对照组相比,OTC 组㊁MPs -L 组肠道菌群无显著性变化;MPs -H 组中厚壁菌门的相对丰度显著下降83.77%(P <0.05);MPs -L+OTC 低浓度联合暴露组中变形菌门的相对丰度显著上升104.40%(P <0.05);MPs -H +OTC 高浓度联合暴露组中,变形菌门和厚壁菌门的相对丰度分别显著下降60.20%(P <0.05)和94.53%(P <0.05),梭杆菌门的相对丰度显著上升227.50%(P <0.05);此外,与MPs -H 组相比,MPs -H+OTC 中变形菌门的相对丰度显著下降64.87%(P <0.05),梭杆菌门的相对丰度显著上升了1425.38%(P <0.05)㊂在属水平上,如图6(c)所示,优势属主要有鲸杆菌属(Cetobacterium )㊁埃希氏菌属(Escherichia )和邻单胞菌属(Plesiomonas ),对照组中鲸杆菌属㊁埃希氏菌属和邻单胞菌属相对丰度分别为27.12%㊁25.91%和第1期孔娟等:环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应433㊀图5㊀OTC 和PS-MPs 单独及复合暴露对黄颡鱼幼鱼肠道菌群α多样性指数和β多样性指数的影响注:标注不同小写字母表示组间有显著性差异(P <0.05)㊂Fig.5㊀Effects of OTC and PS -MPs alone or in combination exposure on alpha diversity and beta diversity of intestinal microbiotain juvenile yellow catfishNote:Different lowercase letters indicated significant difference among groups (P <0.05).0.69%,OTC 组中为49.65%㊁0.1%和24.09%,MPs -L 组中为5.23%㊁1.10%和6.63%,MPs -H 组中为5.04%㊁6.83%和20.99%,MPs -L +OTC 组中为5.53%㊁46.57%和1.99%,MPs -H +OTC 组中为79.31%㊁0.05%和14.75%㊂与对照组相比,在MPs -H+OTC 高浓度联合暴露组中,鲸杆菌属的相对丰度显著上升了192.44%(P <0.05);与MPs -H 组相比,MPs -H+OTC 组中鲸杆菌属的相对丰度显著上升了1373.61%(P <0.05)㊂2.6.3㊀微塑料和氧四环素对黄颡鱼幼鱼的生理指标与肠道微生物之间的相关性分析㊀㊀如图7所示,葡萄球菌属(Staphylococcus )与体长成显著负相关(P <0.05)㊂鲸杆菌属(Cetobacterium )与SOD 成显著正相关(P <0.05),与BSI 成显著负相关(P <0.01)㊂气单胞菌属(Aeromonas )与LPS 成显著负相关(P <0.05),与AMS 成显著正相关(P <0.05)㊂3㊀讨论(Discussion )OTC 的滥用导致其在水环境中被频繁检测出,相关研究表明,环境中广泛存在的OTC 能够在水生生物体内累积[33],环境浓度OTC 能够通过PS -MPs 吸附加剧其在生物体内蓄积[34]㊂目前,OTC 和PS -MPs 联合暴露是否影响黄颡鱼幼鱼肠道健康损伤还是未知的㊂本研究通过OTC 和PS -MPs联合暴露黄颡鱼仔鱼28d ,探究其生长指标㊁肠道病理损伤㊁肠道抗氧化酶活性㊁消化酶活性及肠道菌群变化㊂毒理学实验中,生长是评价环境压力对生物影响的重要参数之一[35]㊂本研究中,环境浓度的OTC单独暴露对黄颡鱼幼鱼的生长无显著影响㊂这一结434㊀生态毒理学报第18卷图6㊀OTC 和PS-MPs 单独及复合暴露对黄颡鱼幼鱼肠道菌群组成的影响注:(a)各类群在门水平上的相对丰度;(b)门水平上肠道微生物组成;(c)属水平上的肠道微生物组成;标注不同小写字母表示组间有显著性差异(P <0.05)㊂Fig.6㊀Effect of OTC and PS -MPs alone or in combination exposure on the intestinal microbialcomposition in juvenile yellow catfishNote:(a)Relative abundance of various groups at phylum level;(b)Gut microbiota composition at the phylum level;(c)Gut microbiotacomposition at the genus level;different lowercase letters indicated significant difference among groups (P <0.05).果与之前的研究类似,420ng ㊃L -1OTC 暴露成年斑马鱼42d ,对其生长无显著影响,但引起成年代谢率显著性增加,表明鱼类需要额外的能量来耐受毒理学应激,而不是将其用于生长[35]㊂本实验中,100μg ㊃L -1PS -MPs 对黄颡鱼幼鱼的生长无显著性影响,但1000μg ㊃L -1PS -MPs 显著抑制黄颡鱼幼鱼的体质量增长㊂类似的研究也发现100mg ㊃L -1PS -MPs 暴露50d 后显著抑制了鲫鱼体质量增长[36],这可能是由于PS -MPs 会导致饱腹感,通过影响其进食来抑制其生长㊂本实验中MPs -H+OTC 组黄颡鱼幼鱼会显著降低其体质量,但与对应的MPs -H 和OTC 单独暴露组相比均无显著性㊂在肠道微生物与体长的相关性分析中发现,葡萄球菌属与体长成显著负相关㊂葡萄球菌属是一群革兰氏阳性球菌,其中金黄色葡萄球菌作为一种常见的致病菌,感染严重时能导致坏死性肺炎至肺组织坏死[37],表明金黄色葡萄球菌可能与黄颡鱼生长抑制相关㊂鱼类的肠道是一个重要的器官,不仅参与消化㊁吸收和免疫,而且还能充当有害物质入侵的屏障[32]㊂肠道的形态完整性在一定程度上可以反映肠道的健康状况[33,37]㊂我们的实验结果表明OTC 单独暴露(500ng ㊃L -1)对肠道无显著性病理损伤,但是有研究报道420ng ㊃L -1OTC 暴露斑马鱼48d 减少了斑马鱼肠道中杯状细胞的数量[35]㊂2个研究中结果的不一致可能与抗生素暴露浓度㊁暴露时间不同有关㊂近年来,一些研究探索微塑料暴露对生物肠道上皮细胞的影响[37],值得关注的是5μm 的PS -MPs 可以进入肠道,并穿过黏液屏障,与肠上皮细胞部分直接第1期孔娟等:环境浓度氧四环素与聚苯乙烯微塑料对黄颡鱼幼鱼肠道的联合毒性效应435㊀图7㊀黄颡鱼幼鱼样本的细菌属丰度(>1%)与鱼类健康指数的Pearson相关性分析注:筛选了与鱼类健康指数显著相关的肠道微生物属,蓝色表示正相关,红色表示负相关;*P<0.05和**P<0.01表示该相关性分析具有显著差异;SOD表示超氧化物歧化酶,CAT表示过氧化氢酶, TRS表示胰蛋白酶,LPS表示脂肪酶,AMS表示淀粉酶,HSI表示肝体比,BSI表示脑体比,Length表示体长,Weight表示体质量㊂Fig.7㊀Pearson correlation analysis of bacterial abundance (>1%)and fish health index in juvenile yellow catfish samples Note:The intestinal microbe genera significantly correlated with fish health index were screened,with positive correlation in blue and negative correlation in red;*P<0.05and**P<0.01indicate significant differences in the correlation analysis;SOD stands for superoxide dismutase;CAT stands for catalase;TRS stands for trypsin;LPS stands for lipase;AMS stands for amylase;HSI stands for hepato somatic index;BSI stands for brain somatic index;Length stands for body length;Weight stands for body weight.接触[38]㊂本实验中,MPs-H组造成肠道少量空泡化变性,类似的研究也发现纤维状PS-MPs(10μg㊃L-1)暴露成年斑马鱼21d后,使其肠道产生轻微空泡化变性[27]㊂本研究联合暴露中,MPs-L+OTC组和MPs-H+OTC组肠道中部分淋巴细胞轻微向游离面游走,空泡化变性,肠上皮细胞轻微缺失,固有膜结缔组织疏松,表明OTC与PS-MPs复合暴露加剧了黄颡鱼幼鱼的肠道损伤㊂氧化应激酶可以反映鱼体对外部刺激的反应及其自由基新陈代谢的状态[39]㊂抗氧化酶(包括SOD 和CAT)是对抗生物体中自由基的酶防御机制的第一道防线[40]㊂本实验中,OTC单独组(500ng㊃L-1)对黄颡鱼幼鱼肠道氧化应激酶活性无显著性影响㊂类似研究表明50μg㊃L-1的OTC暴露斑马鱼仔鱼48h后,对SOD和CAT的活性无显著性影响[41]㊂本研究中,MPs-H组中黄颡鱼幼鱼肠道SOD和CAT活性显著升高㊂这一结果与先前的研究类似, PS-MPs作为激活剂能促进体内抗氧化酶(SOD和CAT)的分泌,在这个过程中提高了鱼类清除自由基和减少过氧化氢的能力[39],PS-MPs(5μm,1000μg㊃L-1)暴露斑马鱼21d显著增加SOD和CAT活性[42]㊂本研究MPs-H+OTC组与MPs-H组相比,显著加剧了黄颡鱼幼鱼肠道SOD和CAT活性的升高㊂表明1000μg㊃L-1PS-MPs显著增加了黄颡鱼幼鱼肠道抗氧化能力,而1000μg㊃L-1PS-MPs和500ng㊃L-1OTC复合暴露会给黄颡鱼幼鱼肠道氧化应激抵抗力带来额外的压力,增强对其SOD和CAT活性的促进作用㊂而在肠道微生物与SOD的相关性分析中,鲸杆菌属和SOD呈显著正相关,在MPs-H+OTC组中,PS-MPs与OTC可能通过黄颡鱼幼鱼肠道内鲸杆菌属的显著上升影响其SOD活性的升高㊂鱼类消化酶活性能够直接反应鱼类本身摄食以及消化情况,消化酶活性越高,鱼的生长情况越好[43]㊂本实验中,OTC对黄颡鱼幼鱼肠道淀粉酶(AMS)㊁脂肪酶(LPS)和胰蛋白酶(TRS)活性无显著影响㊂这与肖亮[44]的发现类似,250mg㊃kg-1OTC 饲料喂养异育银鲫28d对其肠道消化酶(AMS㊁LPS 和TRS)活性和生长均无显著影响㊂这表明OTC组肠道消化酶与生长指标结果是相符的㊂本研究中1000μg㊃L-1PS-MPs显著降低了黄颡鱼幼鱼肠道LPS和TRS的活性㊂据报道,PS-MPs进入鱼类肠道,会导致饱腹感,使获取的食物和能量减少,影响其消化性能,MPs浓度越高,对消化性能的抑制作用越大[45],类似研究中PS-MPs(32~40μm,1000μg㊃L-1)暴露孔雀鱼幼鱼28d,显著降低其肠道AMS㊁LPS和TRS活性[46]㊂消化酶在蛋白质㊁脂质和碳水化合物的水解中起着非常重要的作用,从而。
双酚S_对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第6期2023年12月V ol.18,No.6Dec.2023㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(42277116);山东省自然科学基金资助项目(ZR2022MB029)㊀㊀第一作者:杨怡欣(1999 ),女,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E -mail:****************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:*****************.cn㊀㊀#共同通信作者(Co -corresponding author ),E -mail:******************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20230704002杨怡欣,董文彬,刘文敏,等.双酚S 对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响[J].生态毒理学报,2023,18(6):177-186Yang Y X,Dong W B,Liu W M,et al.Effects of bisphenol S on early visual development of zebrafish larvae [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(6):177-186(in Chinese)双酚S 对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响杨怡欣1,董文彬2,刘文敏3,*,张晓娜1,#1.中国海洋大学海洋生命学院,青岛2660032.青岛启诚环境科技有限公司,青岛2660413.临沂大学,临沂276005收稿日期:2023-07-04㊀㊀录用日期:2023-09-07摘要:塑料添加剂双酚S(bisphenol S,BPS)广泛应用于多种工业产品和日用品的生产,在环境及人体样本中频繁检出,其视觉毒性近年来备受关注㊂本研究采用1㊁10㊁100㊁1000μg ㊃L -1BPS 暴露斑马鱼受精卵15d ,通过石蜡切片分析视网膜结构,并检测视黄酸代谢基因和视蛋白基因表达量变化,探究了BPS 对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响㊂结果表明,10㊁100㊁1000μg ㊃L -1BPS 暴露抑制了其视黄酸合成相关基因的表达,并下调了感光细胞发育相关基因神经视网膜亮氨酸拉链基因的表达量;100㊁1000μg ㊃L -1BPS 暴露组斑马鱼幼鱼多种视蛋白基因(紫外敏感视蛋白㊁蓝光敏感视蛋白和绿光敏感视蛋白)表达量增加;苏木精-伊红染色结果显示不同浓度BPS 暴露会导致斑马鱼幼鱼视网膜及视网膜核层中神经节细胞层㊁内核层和外核层厚度显著降低;且对体长㊁头宽与眼睛直径数据的比较及皮尔逊相关性分析表明,BPS 诱导15dpf 的斑马鱼幼鱼出现小眼现象㊂综上所述,BPS 可能通过干扰视黄酸代谢影响斑马鱼早期视网膜发育,其对视觉系统的潜在健康风险需引起人们的广泛关注㊂关键词:双酚S ;斑马鱼;视觉毒性;视黄酸文章编号:1673-5897(2023)6-177-10㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AEffects of Bisphenol S on Early Visual Development of Zebrafish LarvaeYang Yixin 1,Dong Wenbin 2,Liu Wenmin 3,*,Zhang Xiaona 1,#1.College of Marine Life Sciences,Ocean University of China,Qingdao 266003,China2.Qingdao Qicheng Environmental Technology Co.,Ltd,Qingdao 266041,China3.Linyi University,Linyi 276005,ChinaReceived 4July 2023㊀㊀accepted 7September 2023Abstract :The plastic additive bisphenol S (BPS)has been widely used in various industrial and household products,and frequently detected in environmental and human samples.For the past few years,increasing concern has been focused on the visual toxicity of BPS.Here,after zebrafish embryos were exposed to BPS (1,10,100,and 1000μg ㊃L -1)for 15days,retinal histology and expression of genes involved in retinoic acid metabolism and op -sin genes were examined to investigate the effect of BPS on the early visual development of larval zebrafish.The results showed that exposure to 10,100and 1000μg ㊃L -1BPS inhibited the expression of genes related to retinoic178㊀生态毒理学报第18卷acid synthesis and the expression of neural retina leucine zipper gene(nrl)that related to photoreceptor cell development,while the expression of opsin genes(zfblue,zfuv and zfgr)was increased in100μg㊃L-1and1000μg㊃L-1BPS groups.The results of hematoxylin-eosin staining showed that the thickness of the retina,the ganglion cell layer,the inner nuclear layer,and the outer nuclear layer was significantly decreased by different doses of BPS. In addition,BPS also induced small eyes in15-dpf zebrafish larvae,based on Pearson correlation analysis of the body length,the head width,and the eye diameter.In summary,our study suggested that BPS probably affected early retinal development of zebrafish by interfering with retinoic acid metabolism,and its potential health risk to the visual system should arouse extensive attention.Keywords:bisphenol S;zebrafish;visual toxicity;retinoic acid㊀㊀双酚S(bisphenol S,BPS)作为双酚A(bisphenol A,BPA)的结构类似物已被广泛使用,在地表水㊁湖泊[1]㊁沉积物[2]㊁洗发水等日用品[3]以及尿液[4]和血液等多种介质中被检出,其检出浓度和检出率呈逐年上升趋势[5]㊂调查发现BPS在我国流溪河中含量高达65μg㊃L-1[6],且辽宁地区孕妇血清中BPS平均浓度已达1.24μg㊃L-1[7-8]㊂视网膜是胚胎-发生期中枢神经系统的延伸,极易受环境因素的影响[9-10]㊂已有研究表明,BPA㊁四溴双酚A和四溴双酚S具有潜在的视网膜发育毒性,对人类早期视网膜发育表现出类似的不利影响[11-12],因而我们推测BPS极有可能存在与其相似的视网膜发育毒性㊂实验室前期研究表明BPS长期暴露斑马鱼会使成年斑马鱼的眼动反应(optokinetic response, OKR)受损,并降低其视觉追踪能力[13];同时BPS还会导致斑马鱼幼鱼趋光反应减弱[14]㊂正常的OKR 依赖于发育成熟的完整视网膜,而BPS很有可能通过影响斑马鱼幼鱼的视网膜发育导致其OKR受损㊂Lobo等[15]的研究指出视觉功能OKR的损伤与光感受器视锥和视杆细胞变性及眼内视黄酸(retinoic acid,RA)类物质含量降低有关㊂感光细胞是高度特化的感觉神经元,课题组前期研究表明BPS能够造成感光细胞视锥细胞DNA损伤和结构损伤,但其是否干扰了视网膜发育期感光细胞的发育尚未见报道㊂在眼中,眼中发色团与感光细胞中的视蛋白共价结合,在光激发过程中形成视觉色素,从而启动视觉转导级联反应,即视觉的起始㊂RA除了与视觉功能密切相关外,也是脊椎动物视觉系统尤其是光感受器发育过程中的重要信号分子[16-17],RA代谢通路扰乱会显著影响生物的视觉功能[18],如将视黄醛代谢为RA的视黄醛脱氢酶(retinal dehydrogenase, RALDH)突变后会导致严重的小眼症[19]㊂已有研究表明BPA暴露母体后会增加雄性小鼠肝脏中全反式视黄酸含量并上调了RA合成相关基因的表达,导致维甲酸信号通路异常[20]㊂因而,BPS是否会通过影响视黄酸信号通路并干扰感光细胞发育导致幼年斑马鱼视觉行为出现障碍需进一步探究㊂综上,本文首先检测了1㊁10㊁100和1000μg㊃L-1BPS暴露15d对不同发育阶段斑马鱼幼鱼眼睛大小的影响㊂随后,采用组织切片方法观察幼鱼视网膜及其各层结构变化,并在分子水平进一步检测了斑马鱼幼鱼RA代谢㊁视蛋白基因表达量变化,旨在探究BPS对早期视网膜发育的影响㊂1㊀材料与方法(Materials and methods)1.1㊀材料斑马鱼品系为Tuebingen(Tu)系,成年斑马鱼已在实验室内繁殖饲养一年以上㊂饲养条件如下: DO(7.0ʃ0.1)mg㊃L-1,pH(7.8ʃ0.2),水温(27ʃ1)ħ,光暗比为14h(L)ʒ10h(D),每天早晚2次喂食适量新孵化的丰年虾㊂雌雄斑马鱼以1ʒ2的比例混合,次日开灯刺激其追逐产卵,收集健康的受精卵,清洗后用于暴露实验㊂BPS纯度ȡ98%,购自Sigma-Aldrich(上海,中国)㊂暴露液配制使用二甲基亚砜(DMSO,分析纯,购自北京索莱宝公司,中国)作为助溶剂,储备液浓度为0.01mg㊃L-1和1mg㊃L-1㊂麻醉剂MS-222(纯度ȡ98%)㊁甲基纤维素均购自Sigma-Aldrich(上海,中国)㊂1.2㊀双酚S暴露实验实验采用半静态暴露方法,设置溶剂对照组(DMSO,体积比0.002%)和浓度为1㊁10㊁100和1000μg㊃L-1的BPS暴露组,每个暴露组设置3个烧杯㊂暴露至受精后12h(12hpf)挑取死卵,每天更换2/3的暴露溶液㊂待受精卵孵化24h后开始喂食草履虫,自受精后10d(10dpf)起开始喂食新孵化的丰年虾(Artemia),暴露至15dpf后取样㊂第6期杨怡欣等:双酚S对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响179㊀1.3㊀斑马鱼幼鱼体长㊁体质量㊁头宽和眼睛直径测量不同浓度BPS暴露斑马鱼胚胎至5㊁7和15dpf后,每组取20条于10%中性福尔马林固定液中固定24h后光学显微镜下观察,CCD拍照后采用Image J软件测量横轴方向眼睛长度㊁身体长度(沿体轴测量从头宽最前端到尾巴最后端的体长)和纵轴方向眼睛长度㊁头宽(图1),每组取30条幼鱼置于1.5mL离心管中后称重,每组取6个平行样品㊂图1㊀斑马鱼幼鱼头宽㊁眼睛直径测量示意图[21]Fig.1㊀Arrows indicate locations of the measurements of the diameter of eye and the width of head[21]1.4㊀石蜡切片的制备随机取各组斑马鱼幼鱼若干,对其固定后乙醇梯度洗脱,石蜡包埋常规切片制片,使用苏木精-伊红染色,用中性树胶封片㊂光学显微镜下观察并拍照,选择有代表性的显微照片分析各暴露组斑马鱼幼鱼视网膜组织学变化,并用Image J软件测量各组眼睛各层结构:视网膜色素上皮(retinal pigmented epithelium,RPE)㊁外核层(outer nuclear layer,ONL)㊁内核层(inner nuclear layer,INL)㊁内丛状层(inner plexiform layer,IPL)㊁神经节细胞层(ganglion cell layer,GCL)㊁视网膜(包括RPE㊁ONL㊁INL㊁IPL和GCL)的厚度,每组选取7个鱼的眼睛,每个眼睛选取4个切片,每个眼睛选取视网膜中央部位测5处㊂1.5㊀Real-time RT-PCRTrizol(美国Invitrogen公司)法提取斑马鱼幼鱼总RNA后,使用微量分光光度计(美国Thermo公司,NanoDrop2000c)检测RNA样品的OD230㊁OD260㊁OD280和RNA浓度,并使用琼脂糖凝胶电泳检测提取RNA的质量㊂按PrimeScript TM RT Reagent Kit with gDNA Eraser试剂盒(日本TaKaRa公司)说明对等量的质量合格的RNA进行反转录㊂琼脂糖为Biowest公司产品;焦碳酸二乙酯(diethylpyrocarbonate,DEPC)㊁溴化乙啶(ethidium bromide,EB)为Sigma公司产品㊂根据Genebank已发表的基因序列,利用引物设计软件Primer Premier5.0software(PREMIER Bio-soft Int.Palo Alto,USA)按照实时定量PCR的引物设计原则设计目的基因的特异性引物㊂引物序列见表1㊂RT-PCR按照SYBR Premix Ex Taq TMⅡKit 试剂盒(日本TaKaRa公司)说明,使用荧光定量PCR仪(德国Eppendorf公司,Eppendorf MasterCycler®ep RealPlex4)进行㊂反应程序设置为:95ħ30s;95ħ表1㊀荧光定量引物序列Table1㊀Primer sequences for the genes基因GeneGenBank号GenBank No.引物序列(5 ~3 )Primer sequence(5 ~3 ) elfαNM_200009F:TGCCAGTGTTGCCTTCGTCR:AATCTTCCATCCCTTGAACCAGβ-actin BC045846F:GTTTTCCCCTCCATTGTTGR:GTAGAAGGTGTGATGCCAGAT rbp4NM-130920F:CAGCAACTTCGCCGTCCAACAR:AACAGCCCAACAGGGTCTTTCTTG crbp1a NM-199528F:CGATGTGAACACTGGCAGGATGAAR:AGTCCACCGTAGTTTGGCACTTTC rdh1NM-198069F:CTCATCGCTGCTGTCTGGTTCTTCR:GCCGCTGTCACATCCCGTTATC raldh2AF-339837F:TGAACTGCCAGGAGAGGTGAAGAAR:GCCGCTCACAGAATCATGCCAT crabp1a NM-182858F:TCAAGACCTCCACCACTGTCCGR:TTCTGCCATCCACCGTCTCCTC crabp2a NM-182859F:GGACCACCAACGTCACCTTCACR:GTCTGTTACCCAGCGAGGAAAGC rarαa NM-131406F:AGGCTTCGGTCCGCTAACAGAR:CCGTCTCAGCATCGTCCATCTCTA crx NM_152940F:CCCGTACCTTTCTCCCATGACCAR:CCAACGACGCAGTGCTGTATCC otx2NM_131251.1F:CCTCTATCTCGCCGCTGTCAGAR:TCCAGACGCTTGAGTGTAGGTCAT rx2NM_131226.2F:CACAGACGCAACAGAACCACCTTR:AACTCGAACTTCAGGCAGGTTGAC nrl NM_001040331.1F:TCCACCACCCACACCATCCAATR:ACGCTCTTCCACACCGCACT zfrho L11014F:GTACGTCACCATCGAGCACAAGAAR:GAACACCATGAAGAGGTCGGCAAT zfblue AF109372F:TTCGGTTCCTCGGTAGCGTTCTR:CACCACAGCAAGAGACCACAAACT zfred EH435011F:CCCAGCACAAGAAACTCCGACAGR:TGTAGCCCACAAGTGAGCAGTAGA zfgr BC060896F:GCCGAGAAGGAAGTGTCCAGAATGR:AAGCAGGCGAAGAACGTGTAAGG zfuv AF109373F:TGGTTGTTGTGATGGTTGGCTCTTR:GGCGGTAATCCTTGTTTGGCTCAT180㊀生态毒理学报第18卷5s,60ħ30s,40cycles;扩增后使用2%的琼脂糖凝胶对产物进行电泳检测,从而进一步确定扩增片段的特异性和长度㊂以β-actin和elf-α为内参基因计算目的基因的相对表达量㊂1.6㊀统计学分析应用SPSS(version19.0;SPSS Inc.,Chicago,IL, USA)软件对数据进行统计学分析㊂数据均以平均数ʃ标准差形式表示,采用One-Way ANOV A和Tukey s multiple range test检验各暴露组与对照组之间的统计学差异,P<0.05㊁P<0.01表示差异显著(用*㊁**标记)㊂2㊀结果(Results)2.1㊀双酚S短期暴露对斑马鱼体长㊁体质量和眼睛大小的影响不同浓度的BPS暴露斑马鱼胚胎至5dpf和7 dpf后,与溶剂对照组相比,各暴露组幼鱼的体长均没有显著性的变化,但暴露15dpf后,100μg㊃L-1暴露组斑马鱼的体长出现显著下降(图2(a))㊂经称量后发现,在各个暴露时间点,各暴露组幼鱼的体质量均没有显著性变化(图2(b))㊂空白对照组与溶剂对照组相比,均无显著性的变化㊂暴露15dpf后,与溶剂对照组相比,10㊁100和1000μg㊃L-1暴露组X和图2㊀不同浓度的双酚S(BPS)暴露斑马鱼胚胎至5㊁7和15dpf后对斑马鱼幼鱼形态的影响注:(a)对斑马鱼幼鱼体长的影响;(b)对斑马鱼幼鱼体质量的影响;(c)对斑马鱼幼鱼头宽的影响;(d)对斑马鱼幼鱼眼睛横向直径X的影响;(e)对斑马鱼幼鱼眼睛纵向直径Y的影响;SC表示二甲基亚砜(DMSO)溶剂对照;n=20;*表示P<0.05,**表示P<0.01㊂Fig.2㊀Effects on morphology in zebrafish larvae exposed to different concentrations ofbisphenol S(BPS)from embryos to5,7and15dpfNote:(a)Length,(b)Weight,(c)Head width of larvae,(d),(e)The diameter of eye;SC stands for solutioncontrol of dimethyl sulfoxide(DMSO);n=20,*P<0.05,**P<0.01.第6期杨怡欣等:双酚S对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响181㊀Y的长度均显著减少(图2(d)和(e)),且100μg㊃L-1暴露组的头宽也显著减少(图2(c))㊂相关性分析发现,15dpf斑马鱼幼鱼眼睛的大小与头宽㊁体长均显著相关(表2),对体长㊁头宽与眼睛直径数据的比较表明10μg㊃L-1和1000μg㊃L-1BPS诱导15dpf的斑马鱼幼鱼产生了小眼㊂2.2㊀双酚S暴露对斑马鱼幼鱼视网膜结构的影响如图3(a)~(e)所示,溶剂对照组和各暴露组斑马鱼幼鱼视网膜结构完整,各核层排布规则紧密㊂对视网膜及各核层定量结果表明(图3(f)),与溶剂对照组相比10μg㊃L-1组GCL厚度显著减少了7.24%; 100μg㊃L-1和1000μg㊃L-1组INL厚度分别显著降低7.92%和14.86%;1000μg㊃L-1组ONL厚度显著降低了13.95%,且该组视网膜总厚度显著降低了6.03%㊂2.3㊀双酚S暴露对斑马鱼幼鱼视黄酸信号通路的影响与溶剂对照组相比,不同浓度的BPS暴露斑马鱼胚胎至15dpf后,10㊁100和1000μg㊃L-1暴露组视黄醇结合蛋白基因(rbp4)的表达量显著上调;10μg㊃L-1组中Ⅰ型细胞视黄醇结合蛋白基因(crbp1a)被显著上调;视黄醛脱氢酶基因(raldh2)的表达量在100μg㊃L-1暴露组出现显著上调,且该组视黄醇脱氢酶基因(rdh1)的表达量出现显著下调;1μg㊃L-1暴露组视黄酸结合蛋白基因Ⅰ(crabp1a)的表达显著上调,其余暴露组中视黄酸结合蛋白基因Ⅱ(crabp2a)均出现了显著性的上调;而视黄酸受体α(rarαa)的表达量在各暴露组均无显著性的变化(图4)㊂2.4㊀双酚S暴露对斑马鱼幼鱼视觉发育相关基因的影响使用不同浓度的BPS暴露斑马鱼受精卵至15d后,与溶剂对照组相比,10μg㊃L-1和100μg㊃L-1组神经视网膜亮氨酸拉链(nrl)的表达被显著下调,其他与感光细胞发育相关基因表达无显著变化㊂除最低浓度1μg㊃L-1暴露组外,其他各暴露组紫外敏感视蛋白(zfuv)的表达量均显著上调(P<0.01),10㊁100和1000μg㊃L-1暴露组蓝光敏感视蛋白(zfblue)的表达量也出现显著上调;10μg㊃L-1和1000μg㊃L-1暴露组绿光敏感视蛋白(zfgr)的表达量显著上调(P<0.01),但是1μg㊃L-1和100μg㊃L-1暴露组无显著性变化;各暴露组视紫红质视蛋白(zfrho)和红光敏感视蛋白(zfred)的表达量均无显著性变化(图5)㊂3㊀讨论(Discussion)课题组前期研究表明,100μg㊃L-1BPS能够降低斑马鱼幼鱼的趋光性和视觉追踪能力,损伤其视觉功能[22]㊂视网膜发育障碍可能直接影响视觉功能,组织病理学分析表明,BPS于发育早期暴露15d对斑马鱼幼鱼视网膜结构并无明显损伤,但低浓度组(10μg㊃L-1)GCL㊁高浓度组ONL及INL厚度均显著降低㊂GCL主要由视网膜神经节细胞组成,该细胞是连接视网膜和大脑视觉中心的重要视网膜神经元[23],可整合来自光感受器的信息㊂GCL厚度的减小会导致眼睛或视觉处理中心功能障碍㊂大量研究表明,视黄酸类物质对维持脊椎动物眼睛正常发育至关重要[24]㊂眼睛是动物体内维生素A含量最高的部位,也是其活性调控中心,缺乏维生素A的大鼠子代表现出包括小眼在内的多种眼部缺陷[25]㊂本研究结果发现,低浓度(10μg㊃L-1)及高浓度的BPS暴露导致15dpf斑马鱼幼鱼眼睛横向直径X和纵向直径Y均显著减小,出现小眼㊂在斑马鱼胚胎发育过程中,视黄醇与视黄醇结合蛋白结表2㊀BPS暴露后斑马鱼的头宽㊁体长和眼睛直径之间的皮尔逊相关性分析Table2㊀Pearson s correlation analysis of head width,body length and eye diameter in zebrafish exposed to BPS测量部位Measuring part眼睛直径-XDiameter-X眼睛直径-YDiameter-Y体长Body length5dpf7dpf15dpf5dpf7dpf15dpf5dpf7dpf15dpf头宽Head width0.461**0.341*0.350*0.2650.332*0.752**0.1040.0850.316*眼睛直径-XDiameter-X 0.553**0.2230.445**0.111-0.0880.872**眼睛直径-YDiameter-Y 0.1510.0030.398**注:数据为皮尔逊相关系数;n=50;*表示P<0.05,**表示P<0.01㊂Note:Data in the figure are Pearson s correlation coefficients;n=50;*P<0.05,**P<0.01.182㊀生态毒理学报第18卷图3㊀不同浓度BPS暴露斑马鱼胚胎至15dpf对幼鱼视网膜结构及厚度的影响注:(a)溶剂对照组;(b)1μg㊃L-1BPS暴露组;(c)10μg㊃L-1BPS暴露组;(d)100μg㊃L-1BPS暴露组;(e)1000μg㊃L-1BPS暴露组;(f)不同浓度BPS对15dpf幼鱼视网膜及各核层厚度的影响;GCL表示神经节细胞层,IPL表示内丛状层,INL表示内核层,ONL表示外核层,RPE表示视网膜色素上皮层;标尺为50μm;n=10;*表示P<0.05,**表示P<0.01㊂Fig.3㊀Histopathological analysis of larval zebrafish retina structure in the solvent control and different concentrations of BPS groups Note:(a)The solvent control group;(b)1μg㊃L-1BPS treated group;(c)10μg㊃L-1BPS treated group;(d)100μg㊃L-1BPS treated group;(e)1000μg㊃L-1BPS treated group;(f)Thickness of retina and nuclear layers of zebrafish larvae;GCL stands for ganglion cell layer,IPL stands for inner plexiform layer,INL stands for inner nuclear layer,ONL stands for outer nuclear layer,and RPE stands for retinal pigmented epithelium;scale bar is50μm;n=10;*P<0.05,**P<0.01.图4㊀不同浓度(1㊁10㊁100和1000μg㊃L-1)BPS暴露斑马鱼胚胎至15dpf对幼鱼视黄酸信号通路相关基因表达的影响注:n=6;*表示P<0.05,**表示P<0.01㊂Fig.4㊀Effects on the expression of retinoid signaling-related genes in zebrafish larvaeexposed to1,10,100,and1000μg㊃L-1BPS from embryos to15dpfNote:n=6;*P<0.05,**P<0.01.第6期杨怡欣等:双酚S 对斑马鱼幼鱼早期视觉发育的影响183㊀图5㊀不同浓度(1㊁10㊁100和1000μg ㊃L -1)BPS 暴露斑马鱼胚胎至15dpf 对幼鱼眼睛发育(crx ㊁otx 2㊁rx 2和nrl )和视蛋白相关基因(zfred ㊁zfgr ㊁zfrho ㊁zfblue 和zfuv )表达的影响注:n =6;*表示P <0.05,**表示P <0.01㊂Fig.5㊀Effects on the expression of eye development -related genes (crx,otx2,rx2and nrl )and opsin genes (zfred,zfgr,zfrho,zfblue,and zfuv )in zebrafish larvae exposed to 1,10,100and 1000μg ㊃L -1BPS from embryos to 15dpfNote:n =6;*P <0.05,**P <0.01.合,通过血液运输至眼部等靶器官㊂眼中的视黄醇由Ⅰ型细胞视黄醇结合蛋白运输至靶细胞,在视黄醇脱氢酶的催化下转化为视黄醛,该反应为RA 生成中的限速步骤,而过量视黄醛则在RALDH 催化下不可逆地氧化为RA ㊂本研究中100μg ㊃L -1BPS 暴露组rbp4和crbp1a 表达显著上调㊁rdh1表达显著下调,表明BPS 导致幼鱼眼中视黄醛生成过程受损,可能导致视黄醇累积㊁RA 生成减少㊂虽然100μg ㊃L -1BPS 暴露导致斑马鱼幼鱼raldh2基因表达量显著上调,但课题组相关研究结果发现该浓度BPS 导致幼鱼眼中RA 含量显著降低(未发表)㊂Begemann 等[26]研究发现,RA 可通过作用于raldh2启动子进而负反馈调节该基因的表达[27-28]㊂本研究高浓度BPS 暴露组raldh2表达量显著上调,可能是由于RA 不足的负反馈作用所致㊂胞内的RA 被视黄酸结合蛋白(cellular retinoic acid binding protein,CRABP)运输至细胞核后,将与视黄酸受体(retinoic acid receptors/retinoid X recep -tors,RARs/RXRs)结合,可启动与眼睛发育相关的特定基因的转录㊂Sharma 等[29]发现CRABPs 可以调节RA 与其核受体RAR 结合,从而在靶基因的转录启动中发挥重要作用㊂斑马鱼具有2种CRABP 异构体(CRABP Ⅰ和CRABP Ⅱ),CRABP Ⅰ主要负责运送细胞色素P450家族酶解的RA ;当RA 与CRABP Ⅱ结合后,将被转运至细胞核,以驱动RARs/RXRs 介导的RA 靶向基因表达[30]㊂在大多数动物中,维甲酸类化合物无法从头合成,需从外界摄取并在需要时输送至靶器官[25]㊂本研究中,BPS 暴露显著上调crabp2a 表达量,可能是由于RA 生成不足产生的补偿性反应,需要更多的RA 转运到细胞核中,从而与RARs 结合来调节目标基因转录[31]㊂RA 是脊椎动物视觉系统中光感受器发育的重要信号分子[32],RA 缺失会导致包括视网膜发育障碍[33-34]㊁OKR 减弱等视觉损伤,是本研究中高浓度组视网膜核层变薄的可能原因㊂与视黄醛共价结合的视蛋白是由ONL 处的光感受器合成的光敏蛋白质,是脊椎动物光感受器中视觉色素的重要组成部分[35],不同的视蛋白决定视色素的光谱敏感性㊂本研究中,低浓度(10μg ㊃L -1)及高浓度BPS 显著上调了zfblue ㊁zfuv 和zfgr 基因表达量,增强了对蓝光㊁紫外和绿光的敏感性㊂接触多溴联苯醚[36]和BPS [13]等持久性有毒物质会改变光感受器视蛋白基因的转录,从而导致视觉行为改变㊂且本研究与Qiu 等[22]的研究结果一致,即BPS 会上调绿锥和紫外锥等视锥视蛋白基因的表达㊂这些结果表明,为了提高对光的敏锐度,斑马鱼对眼部光感受器中视黄醛供应减少和RA 信号传导的干扰可能存在补偿性反应㊂本研究中otx2㊁crx 和rx2在15dpf 的基因转录水平无显著性变化,推测是由于它们主要在光感受器的早期发育中发挥其主要作用[37-38]㊂本研究还发现,低浓度(10μg ㊃L -1)及高浓度(100μg ㊃L -1)BPS 处理会下调nrl 的转录水平㊂敲184㊀生态毒理学报第18卷除该基因的斑马鱼在幼年时缺乏视杆细胞,并且有过量的紫外锥[39]㊂因此nrl下调表明BPS暴露致使视杆细胞发育受阻,推测是ONL厚度降低,视蛋白zfuv显著上调的原因之一㊂已有研究报道了BPS对鱼类的视觉毒性,但其对视网膜早期发育的影响研究还较为缺乏㊂本研究中,我们发现10㊁100和1000μg㊃L-1BPS抑制了RA的合成并下调了感光细胞发育相关基因的表达,减小了视网膜核层中GCL㊁INL和ONL的厚度,导致斑马鱼视网膜早期发育障碍,诱导15dpf 斑马鱼幼鱼出现小眼现象㊂100μg㊃L-1BPS暴露组中斑马鱼幼鱼可能通过上调相应视蛋白基因表达,增强对蓝光㊁紫外和绿光的敏感性而对上述发育障碍进行补偿调节㊂综上,本研究表明BPS短期暴露即会对早期视网膜发育产生毒性,完善的视觉功能对鱼类的觅食[40-41]㊁避敌[42]和求偶[43]等行为至关重要,因而BPS的早期发育视觉毒性可能对鱼类的生存繁衍构成严重威胁㊂且随着BPS的广泛使用,婴幼儿的暴露风险不断增加,所造成的潜在健康问题如视网膜发育不良等的风险也不容忽视㊂通信作者简介:刘文敏(1987 ),女,博士,讲师,主要研究方向为生态毒理学㊂共同通信作者简介:张晓娜(1986 ),女,博士,副教授,主要研究方向为环境污染物的毒理与健康效应㊂参考文献(References):[1]㊀Yan Z Y,Liu Y H,Yan K,et al.Bisphenol analogues insurface water and sediment from the shallow Chinesefreshwater lakes:Occurrence,distribution,source appor-tionment,and ecological and human health risk[J].Chemosphere,2017,184:318-328[2]㊀Jin H B,Zhu L Y.Occurrence and partitioning of bisphe-nol analogues in water and sediment from Liaohe RiverBasin and Taihu Lake,China[J].Water Research,2016, 103:343-351[3]㊀Wu L H,Zhang X M,Wang F,et al.Occurrence of bis-phenol S in the environment and implications for humanexposure:A short review[J].The Science of the TotalEnvironment,2018,615:87-98[4]㊀Liao C Y,Liu F,Alomirah H,et al.Bisphenol S in urinefrom the United States and seven Asian countries:Occur-rence and human exposures[J].Environmental Science&Technology,2012,46(12):6860-6866[5]㊀Rochester J R,Bolden A L.Bisphenol S and F:A sys-tematic review and comparison of the hormonal activityof bisphenol A substitutes[J].Environmental Health 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2018国自然-生命科学部及医学科学部名单
2018国自然-生命科学部及医学科学部名单三七自毒物质降解菌的特性和作用机制研究黄荣韶DEELA蛋白介导赤霉素调节山药块茎膨大的分子机理王爱勤广西巴马小型猪2型糖尿病易感性相关LncRNA的筛选及机制研究兰干球自我构念影响心理理论加工的ERP研究：基于中国-东盟国家的跨文化比较蒋钦广西长寿人群饮食、肠道菌群和代谢物特征凝练与数据平台初建李全阳卵形鲳鲹SIGIRR通过TLRs-MyD88信号通路对巨噬细胞炎症应答的影响与机制研究韦友传鸡传染性支气管炎病毒多表位嵌合病毒样颗粒的构建及其免疫应答机制研究磨美兰甘蔗尾青贮核心发酵菌群和代谢物演替规律及其对水牛瘤胃细菌多样性的影响邹彩霞基于定量磷酸化蛋白质组学在水牛精子发生过程的分子机制研究张明小分子化合物在水牛原始卵泡体外激活中的作用及其分子机制的研究杨素芳KDM6B和Xist双基因表达调控对牛体细胞核重编程中X 染色体重塑影响机理的研究韦精卫Nanos2维持水牛精原干细胞干性特征机制的研究杨小淦应用基因捕获高通量测序精准鉴定影响水牛产奶性状的关键基因研究刘庆友寄生蜂定位致瘿害虫的化学机制研究——以孟氏胯姬小蜂为例郑霞林过氧化氢与一氧化氮互作对桉树耐铝性的调控作用及其机理滕维超沿海纬度梯度分布红树科植物对温度变化的水力结构和功能响应蒋国凤短氟碳低聚物定向接枝纤维素的合成机理及其构效关系研究朱红祥具有生物活性的3-蒈烯衍生物的合成及光异构研究段文贵心材化过程中木质部薄壁细胞代谢活性与心材成分生成机制符韵林番茄抗细菌性髓部坏死病遗传规律的研究及分子标记筛选王先裕番茄伴生植物的筛选及混栽促生组合番茄根际及内生微生物群落解析杨尚东芒果FT基因在成花过程中的分子机制研究罗聪咪唑啉酮类除草剂在水生微宇宙系统中对映选择性环境行为和毒性效应谭辉华乙烯调控罗汉果性别的细胞学及分子遗传研究周琼甘蔗体细胞融合育种中杂合体细胞再生植株的分子机制李素丽microRNA调控铝诱导花生根尖细胞程序性死亡发生的分子机制何龙飞水稻可塑性基因RPL1调节水稻株高的分子机制研究张翠翠中国原始被子植物瘿螨总科区系与分布格局机制研究王国全珍贵乡土树种与桉树混交修复土壤质量的效应及机理研究温远光Landscape and population genomics of endangered&nb Kim Shan We 共生真菌对Euops属卷叶象甲幼虫发育的营养功能及分子机制研究李晓琼红树植物生物钟预测环境和潮汐变化能力对其光合的贡献及机制研究朱俊杰高巢被捕食压力下北热带石灰岩森林鸟类的繁殖行为与策略蒋爱伍bE2-bW1复合体调控甘蔗黑穗病菌丝状生长的机制陈保善十字花科黑腐病菌小RNA分子伴侣蛋白Hfq的作用机理研究唐东阶水稻条斑病菌III型效应子XopN致病机理研究黄胜一个新的双组份信号转导系统感受子基因抑制III型分泌系统的信号途径研究姜伟十字花科黑腐病菌全局性转录调控因子HpaR1与Clp共同调控致病生化因子表达之模式研陆光涛冯军功能化纳米复合材料hCEs SERS探针的构建及在血清与细胞中检测羧酸酯酶活性的越南槐根内生真菌生态功能及其与宿主药材品质相关性研究姚裕群基于甘蔗生产全程机械化的肥料氮利用与土壤氮迁移研究韦剑锋潘丽霞三联吡啶类金属配合物、靶点DNA与DNA拓扑异构酶结合方式及三元复合物结构基础的研松香基分子印迹膜的结构调控及定向分离三七活性成分三七素的研究黄钦基于表型性状和ISSR标记的苹婆遗传多样性分析及核心种质构建周婧用晶格Boltzmann方法研究功能性微气泡生成机制何冰一种双吡嗪基脲衍生物通过ERK/Slug/vimentin/BCRP信号轴逆转表阿霉素耐药的研究陈家念中国吟螽属修订（直翅目：螽斯科：蛩螽亚科）边迅猫儿山小鲵生活史不同阶段的生境选择研究黄华苑生境破碎化对白头叶猴肠道寄生虫的影响及其行为适应周岐海中亚热带石灰岩常绿落叶阔叶混交林植物功能性状分异及其对环境变化响应的研究姜勇两种青牛胆属植物中抑制小胶质细胞活化成分的发现及其初步作用机制研究廖海兵王任翔边缘鳞盖蕨复合体种 (Microlepia marginata complex) 的网状盐藻类胡萝卜素合成调控相关的转录因子基因的作用分析尚常花蛋白纳米疫苗 VP6-Ferritin 高效免疫的结构基础研究王丹喀斯特地貌生境隔离对洞穴鱼类物种形成和分布格局的作用机制杨剑不同施肥措施下甘蔗田土壤温室气体排放过程机理及其调控因素李卓亭火干扰对大兴安岭森林更新结构和地上生物量动态的影响蔡文华喀斯特不同生境类型树种水力特征及其权衡关系研究刘艳艳岩溶植物根系对水环境变化的形态可塑性响应及其水分再分配的生态效应研究黄玉清淡水刚毛藻目的系统分类学研究赵志娟海洋生物来源天然小分子生物碱抗HIV-1机制研究周波长链非编码RNA LINC00857介导非小细胞肺癌耐药的机制研究王丽惠微环境CAFs源性外泌体调控非小细胞肺癌EGFR-TKI耐药及其机制阳洁靶向耐药肺癌的高选择性共价Bmx抑制剂的设计、合成及其生物活性研究何林洪circRNA-miRNA-p38MAPK通路调控网络对缺血性脑卒中及其中医证候的影响与机制研究苏莉留兰香香蜂草苷对肝纤维化内质网应激--自噬通路的调控作用机制林兴基于NF-κB信号通路探索青蒿琥酯对伴糖尿病牙周炎炎症反应及成骨调控的效应和机制研究农晓琳氯化两面针碱基于miR-125b-2-3p/IER3调控轴抗HCC作用的机制研究党裔武多源信息下基于贝叶斯网络的综合性医院门诊量不确定性分析与预测黄代政miR-132-RB1/E2F1信号通路与肝癌发生发展的分子流行病学研究容敏华我国HIV-1肺储存库的准种遗传多样性和细胞嗜性研究宁传艺黄东萍基于壮族出生队列的孕早期环境雌激素污染物联合暴露与胎儿婴儿发育情况的关系研究TNFR-RIPK1/RIPK3信号通路介导铅致神经细胞程序性坏死的机制研究李少军PP2Ac甲基化调控脂质自噬在苯并芘促进非酒精性脂肪性肝病中的作用研究李习艺炎症小体信号通路诱导的细胞焦亡在锰致机体认知损害中的作用邹云锋自噬在职业锰暴露致心脏毒性中的作用及机制研究杨晓波慢性低水平镉暴露经由ICAM-1和VCAM-1糖基化修饰促进血管内皮炎症的研究钟秋安miR-3942-5p在结肠癌中的功能机制研究及其在泛癌中的诊断和预后评估戴盛明增强Ⅱ型光敏剂介导的光动力抗白色念珠菌作用与机制研究黄力毅ICOS/ICOSL通路调控Th9分化介导日本血吸虫病肝纤维化的分子机制战廷正环状RNAcirc_103595/miR-185-3p/PLK1信号轴对肝癌不全消融后残余癌增殖侵袭的调控杨红多模态MRI对2型糖尿病小型巴马猪胰腺病变的病理对照研究及临床应用龙莉玲miR-106b-5p启动子甲基化状态介导MAPK/ERK信号通路调控腰椎间盘退变机制的研究江华EB病毒编码潜伏膜蛋白LMP2A通过ITGα6β4/ACSL4路径抵抗鼻咽癌细胞铁死亡温文胜MiR-3162-5p通过激活Ras信号通路促进宫颈鳞癌细胞EMT 的作用及机制研究陈军莹潜在抑癌基因LAMC3和LAMA2调控细胞自噬参与卵巢癌耐药的机制研究尹富强新生抗原neoantigen介导溶瘤病毒治疗复发性卵巢癌的应用及机制研究王琪OY-TES-1/miR-326协同调控PD-L1促胶质瘤免疫逃逸的机制初探罗彬SPINK4调控结肠癌细胞铁死亡的作用机制研究胡榜利冯振博hsa_circRNA_104515竞争性结合miR-1303调控PLIN1在肝细胞癌发生发展中的作用及机制HMGA1介导lncRNA-LINC01615增强THBS2表达及其在肝癌转移中的作用与机制研究唐博刘博白介素24定点整合自体诱导多潜能干细胞来源的间充质干细胞对子宫内膜癌的生长抑制红桂木凝集素扩增移植诱导的记忆干性T细胞抗肝癌研究周素芳RBM38结合并促进LncRNA-GAS5稳定逆转肝癌索拉非尼耐药的机制研究叶甲舟何宝玉长链非编码RNALOC553103通过ROCK1-RhoA/ROCK 信号通路调控细胞骨架重构促进鼻咽癌转高糖诱导肝细胞外泌体中miR-132差异表达促进EMT介导的胰腺癌转移的分子机制秦雯陈洁CirR-387与let-7d-5p竞争性调节GALNT1经EGFR/E-cadherin通路调控肝细胞癌EMT的机制广西HBV/AFB1双暴露女性原发性肝细胞癌早期预警模型的建立及相关分子机制的研究韩创业RNF125通过泛素化修饰PD-L1促进肿瘤免疫的分子机制研究吴飞翔基于UPLC-MS/MS联合MRM的靶向与非靶向代谢组学方法研究蛇伤中毒标志物廖明王威线粒体ATP敏感性钾通道和与线粒体自噬对急性心肌梗死大鼠心肌细胞的影响与机制研究淫羊藿苷经Notch通路调控大鼠ASCs促进超长随意皮瓣存活的机制研究梁至洁抑制PD-L1+中性粒细胞对脓毒症治疗的价值探索张森ERK抑制剂经由线粒体动力学-自噬途径促进心肺复苏后神经细胞生存研究陈蒙华弱酸性富钙磷离子环境下单核细胞来源外泌体的miRNA表达变化及其靶细胞效应研究廖红兵周诺lncRNA和MicroRNA调控胚胎内皮祖细胞Notch、BMP、Wnt 信号通路参与牵张成骨血管发生Notch信号通路在树鼩耳蜗感觉前体细胞增殖和分化中的调控作用谢利红宋星慧基于mTOR通路探讨外泌体介导树突状细胞活化在系统性红斑狼疮中的作用机制研究&nbs雷玲系统性硬化症中IL-35诱导iTr35细胞分化导致Treg/ Th17细胞失衡及纤维化病变的孔德燕黑色素纳米颗粒通过上调Iduna的表达促进间充质干细胞在缺血条件下的存活并增强其治刘斯佳基于石墨相氮化碳纳米片的双基因协同输送系统用于小鼠胚胎神经干细胞定向诱导分化G蛋白偶联受体MC1R抑制α-Syn聚集及细胞间传递的分子机制研究肖友生秦超内皮细胞膜微粒通过LncRNA MIAT调控神经元Beclin-1和Caspase-3 加重脑缺认知相关遗传变异及其与环境的交互作用对长寿人群认知功能的影响彭均华LncRNA NR_120526结合转录因子ILF2/3调控血红蛋白F合成的机制研究何云燕血栓弹力图评估遗传性异常纤维蛋白原血症患者凝血功能的价值研究闫婕应燕萍抗阻运动下调miR-92a-3p介导内皮细胞HMOX1/MAPKs/NF-κB预防导管相关性血栓形成的机制研究GLP-1受体激动剂通过IRS-1/PI3K/Akt信号通路调节骨代谢何玉玲基于静息态功能磁共振的急性甲亢肌病大脑活动变化及其分子机制研究罗佐杰PDK1调控破骨细胞在骨质疏松症发病中的分子机制研究宗少晖lnc-XLOC作为ceRNA参与miR-155调控脊柱结核椎间盘破坏过程中的作用机制研究詹新立可控释CGRP的硼硅酸盐生物活性支架促进骨缺损修复的作用机制研究李兵新型一氧化氮响应型纳米缓释微粒对骨性关节炎作用的研究靳攀陆真慧PHLPP1调节TNF信号通路在眼镜蛇毒神经生长因子（NGF）成软骨诱导中的作用及其机制山楂叶总黄酮调控微环境促进脊髓损伤后神经再生的分子机制研究曾高峰氧化应激介导的Nrf2/mTOR/NF-κB通路对氯胺酮相关性膀胱炎的影响和机制以及褪黑素的保护作用研究米华NF-κB/miR-375/CTGF信号介导咖啡因所致子代骨发育异常的血管发生机制罗瀚文HOXA10通过上调E-cadherin改善子宫内膜容受性的作用及机制研究杨一华极化的巨噬细胞通过NLRP3炎症小体调控肝纤维化的机制罗薇膜联蛋白A1在抗肝纤维化中的作用机制范俊华粪菌移植对滤泡辅助性T细胞和滤泡调节性T细胞调控在炎症性肠病中的作用研究吕小平FGF21调控ATF6/eIF2α/CHOP信号通路介导内质网应激肝损伤的分子机制研究郭超黄荣杰miR-155通过SHIP-1/p53MAPK/STAT3介导Th17细胞分化在盐敏感性高血压左室肥厚中的作曾晓聪环状RNAmmu_circ_0000021介导miR-143-3p靶向调控NPY 在心肌缺血再灌注微循环障碍的邱诗林IRF8/PD-L1通路在烟草暴露树突状细胞调控T淋巴细胞介导肺部炎症中的作用及机制研究烟草烟雾暴露下Tim-3调控CD4+T淋巴细胞介导COPD/肺气肿发生的作用及机制研究段敏超何志义中性粒细胞胞外陷阱（NETs）通过上调单核细胞PI3K-δ/Akt通路活性增加烟草烟雾暴露诱发的糖皮质激素抵抗?张景鸿基于ROS-NLRP3炎性小体/细胞焦亡途径研究活性维生素D3干预中性粒细胞性哮喘的作用基于单细胞测序及限时饲喂研究骨髓生物钟及概日节律王弘非神经性ACh在胆碱能M3受体调控的尿路上皮稳态增殖中的作用及机制研究易贤林接头连接蛋白在成年小鼠脑内神经发生中的作用机制研究刘媛媛HIV-1感染通过激活pDCs引起ILC2s损耗及机制研究叶力基于“络病”理论探讨壮骨方通过H型血管和成骨偶联干预糖尿病性骨质疏松的机制李双蕾参附注射液对连续灌注联合控制性通气保存供肺保护作用的机制研究莫安胜ciRS-7/miR-7/mTOR/p70S6K信号通路介导神经元自噬导致大鼠复苏后脑损伤的机制及参邓海霞天然牛磺酸对肝硬化门静脉高压抑制作用量子力学研究邓鑫秦刚基于IFITM1/Wnt/β-catenin信号通路调控骨肉瘤细胞恶性增殖探讨抑瘤汤抗骨肉瘤的机制复方扶芳藤合剂对小鼠单个核细胞亚群活化与分化的影响研究肖健基于IL-31—TRPV1轴的蛇床子素抗AD慢性瘙痒作用机制研究伍冠一基于GLUT4靶点的壮药“勾瓢更”抗Ⅱ型糖尿病药效物质基础及作用机制研究卢汝梅基于影响TLR4-NLRP3炎症小体信号通路对总丹参酮治疗肺炎作用机制研究高红伟基于G蛋白偶联受体相关通路的隐丹参酮抗血小板聚集机制研究刘振杰基于肝脏糖异生AMPK信号通路阐释三叶苷纠正2型糖尿病糖代谢紊乱的分子机制赵立春邱华白花香莲解毒颗粒调控Treg细胞Furin/TGFβ1正反馈环路促进慢乙肝HBeAg血清学转换的机制研究从LncBANCR介导ERK/mTOR调控自噬探讨推拿对SNL大鼠的镇痛效应机制卢栋明基于线粒体自噬探讨青光安对青光眼模型RGCs保护作用的机制研究姚小磊基于“微生物-肠-脑轴”探讨安神定志灵调控脑神经递质及免疫状态的机制研究孙继超基于“肺-肠轴”探讨壮医三十六荡坎蛤散治疗儿童哮喘缓解期的作用机制李伟伟王兵基于STAT3/TGF-β1/Smads信号通路调控EMT探讨大黄灵仙颗粒干预肝内胆管结石形成机制研究朱闽前列消汤干预自身免疫性前列腺炎IL-6-JAK2-STAT3信号通路调控CD4+T细胞凋亡及分化基于Erbin调控NF-κB信号通路研究安肠汤治疗溃疡性结炎的抗炎作用机制邓松华大黄煎剂作用于肠道菌群调节LPS/TLR4通路对MHE神经保护作用的机制研究付蕾长链非编码RNA对缺血性中风中经络不同证候的影响及功能机制研究古联健脾益气方通过IL-6/STAT3炎症信号通路抑制肝癌细胞Vimentin过度表达的机制研究卓少元陈延强基于“脾为之卫”理论从肠道微生态研究历节胶囊治疗胶原诱导性关节炎小鼠的作用机庞学丰基于Notch调控PI3K/Akt/mTOR信号通路调节T细胞糖代谢探讨寒痹康汤治疗类风湿关节炎麦门冬汤通过SDF-1/CXCR4轴对肺纤维化大鼠BMSCs迁移及归巢的影响刘锐黄连解毒汤调控SHR内质网应激通路的分子机制研究岳桂华陈峭基于钙离子振荡介导下的内质网应激-自噬反应探讨“以俞调枢”法对Cajal间质细胞的孟立锋内质网应激通路IRE1α-XBP1诱导腹膜间皮细胞自噬在EMT中的发生机制及健脾益气方的干预效应吕建林基于肝细胞lncRNA-miRNA-mRNA调控网络和“核-线粒体”信号传递探讨解毒化瘀颗粒拮基于自噬—NLRP3炎症体途径探讨芪七连胶囊保护SHR血管内皮损伤的效应机制研究罗远基于Rho/Rock信号通路探讨温肺降浊方靶向VaD大鼠突触损伤修复的分子机制胡跃强唐友明基于miR-584调控的内质网应激-细胞自噬途径探讨安胃汤干预胃黏膜肠上皮化生机制研基于神经血管单元探讨“三焦次第治疗”对脑缺血损伤大鼠Wnt/β-catenin信号通路的调控机制唐农李晓红ARHGEF-7在慢性应激肝郁脾虚证大鼠模型海马、胃组织RhoA/Rac1/CDC42/PAKs细胞骨架夏猛基于外泌体的功能特点以及胶质—神经细胞的相互作用关系探讨加味逍遥散治疗肝郁脾禽呼肠孤病毒σC蛋白抗肿瘤作用及其分子机制的研究黄莉基于代谢组和蛋白组学对大鼠射精机理脑神经物质基础的研究覃喜军真菌促进濒危药用植物青天葵种子萌发作用的研究谭小明广西特有濒危地方品种“瑶蚕”的生物学性状与进化起源研究张桂征纺锤体组装检查点介导胚胎染色体嵌合自我校正机制研究桂宝恒miR-483-5p作为乙肝病毒双突变(1762T,1764A)株感染者肝癌高危标记物的前瞻性研究方钟燎羟基羧酸催化蒎烯水合/乙酯化反应机理研究孟中磊炭疽病胁迫香蕉中磷脂酸代谢关键酶基因表达对其生成转化的调控机制研究孙健葡萄转录因子VlNAC60应答高温胁迫的功能及调控机制郭荣荣光调控广西毛葡萄酚类物质代谢机理研究成果SlWRKY1调控番茄抗南方根结线虫防卫反应的分子机制研究陆秀红葡萄霜霉菌无毒基因AvrRpv1参与的菌株毒力变异分子机制研究尹玲新型抑菌活性物质DMTS作用于胶孢炭疽菌麦角固醇生物合成的机制唐利华普通野生稻抗褐飞虱基因Bph33(t)的克隆及育种利用张月雄王泽平甘蔗抗梢腐病氮代谢和系统获得性抗性途径关键组分γ-谷氨酰转移酶基因SoGGT1克隆及功能鉴定基于 CRISPR-Cas9 技术的广西地方花生优良品种油酸含量改良研究贺梁琼小粒野生稻抗白背飞虱新基因WBPH9的克隆与抗虫机理分析郭嗣斌一个广谱持久抗稻瘟病基因pi-DY的克隆和功能分析高利军水稻东兰墨米种皮花青素合成关键基因BP3的图位克隆及功能研究杨行海伯克氏固氮菌GXS16与甘蔗根系高效联合固氮的生理和分子基础研究李长宁粉垄栽培木薯的肥料养分利用效率机制及其环境影响效应申章佑蔗叶与蔗叶生物炭还田下其C、N协同归还研究刘昔辉糖厂滤泥还田对广西红壤蔗区土壤有机碳库和温室气体排放的影响朱晓晖粉垄耕作对甘蔗土壤碳固定和温室气体排放的影响及机制黄金生霉变甘蔗病原菌节菱孢菌株产毒能力评价及产毒调节机理研究莫磊兴线粒体自噬NIX和Pink1信号交互作用对索拉非尼治疗肝癌的影响及干预研究张国染料木黄酮通过TTTY18/ miR-95/ SGK1环路干预结直肠癌细胞增殖凋亡的作秦俭Atg5介导树突状细胞自噬在烟草烟雾暴露下肺部炎症中的作用及机制的研究邝良鉴澳洲坚果种质资源的分子遗传多样性研究蔡元保基于miRNA和蛋白质组的桑寄生顽拗性种子脱水敏感性分子机制研究潘丽梅三倍体罗汉果种子败育分子机理研究韦荣昌草果种子休眠解除关键蛋白的挖掘及基因功能研究潘春柳南方石漠化区植被修复的微地形效应及其适应性管理策略研究吕仕洪东兴金花茶和同域分布的近缘广布种长尾毛蕊茶生殖生态学特性比较研究韦霄基于稳定同位素技术研究喀斯特季节性雨林代表性植物水分利用策略黄甫昭广义石山苣苔属（苦苣苔科）系统发育重建和分类学修订温放自然选择和遗传漂变对喀斯特特有铁甲秋海棠复合群物种分化的影响董莉娜中国冷水花属（荨麻科）分类修订和系统学研究韦毅刚苦苣苔科吊石苣苔属的分类学研究许为斌中国典型喀斯特天坑土壤微生物分布格局及其驱动机制蒲高忠RSK4靶向PI3K/AKT通路调控ACTN4在乳腺癌化疗耐药中的机制研究杨华伟应用时间系列代谢组学研究肝细胞肝癌患者手术前后血清代谢物变化及潜在标志物识别黎远冬缺氧条件下miR-210-5p调控SPON2介导肝癌TAM细胞M2型极化参与耐药的机制研究罗小玲用于肝癌早期诊断的多通道纸基微流控生物传感器的研究陈真诚西番莲酸性多糖改善2型糖尿病糖脂代谢紊乱的机制研究李霞基于miR-378b-p110α-PI3K/Akt通路甲基阿魏酸改善糖脂代谢抗ALD的机制研究李丽异槲皮苷介导miRNA-29调控靶基因改善胰岛素抵抗的作用机制黄桂红多靶点复合杯芳烃金纳米粒在阿尔茨海默症的诊断治疗作用及分子机制研究莫靖欣三株西沙软珊瑚共附生真菌抗肿瘤活性成分发现及其作用机制研究李云秋基于TLC和iTRAQ技术进行地蚕中抗金黄色葡萄球菌环肽的发现和其作用机制研究梁成钦李清初基于miR-21调控NF-κB信号通路介导肾缺血再灌注诱导的凋亡和炎症探讨桂枝去桂加茯苓白术汤的肾保护作用机制的研周燕园基于PPARγ/TGF-β1/Samds通路探讨鼠李柠檬素改善多囊卵巢综合征(PCOS)大鼠卵巢纤维化的分子机制麝香酮和适配体级联修饰多烯紫杉醇脑靶向递送系统抗胶质瘤作用及机制的研究齐娜抑癌基因CMTM4在肝细胞癌中的作用及机制研究谭盛葵PP2A介导MYC相关锌指蛋白在肝细胞恶性转化中的作用机制研究朱小年发育相关印记基因表观遗传学改变介导孕期PEs暴露与妊娠结局吕元明IL-33/ST2通路调控CD8+T和免疫抑制相关细胞的功能抗软组织肉瘤的作用和机制陈火英阻断VEGF/VEGFR-2信号通路逆转TAMs极化在乳腺癌T细胞免疫中的作用及机制研究何少忠lncRNA Loc554202通过调控染色质状态促进脊索瘤发生和进展的机制研究夏学巍张学梅m6A甲基转移酶METTL3调控TXNIP对结直肠癌生物学特征的影响和机制研究KDM5B促进胃癌侵袭、转移的作用及机制研究王振冉PAIP1-mTOR正反馈环路促进肝癌发生郑剑锋卵巢癌产生的IgG在维持卵巢癌干细胞生物学行为中的作用及其机制研究廖沁园表观遗传介导IRF7相关lncRNA FTX抑制非小细胞肺癌发展的作用及机制研究杜振宗长链非编码RNA XLOC_012366在表观遗传学介导的肺癌转移抑制中的机制研究宋剑非Nrf2基因修饰的脂肪间充质干细胞对硬皮病的治疗作用及机制研究罗婧莹闫建国帕金森病中CDK5磷酸化依赖的C9orf72泛素化降解介导alpha-synuclein清除障碍和神经贺亮米诺环素通过Notch信号通路调控小胶质细胞极化在脊髓缺血后延迟性瘫痪中作用的研究王勇基于HMGB1-TLR4介导的NF-κB信号通路探讨毛蕊异黄酮在脑缺血再灌注损伤中的保护机制不同人胰淀素聚集程度通过TLR4/MyD88介导调节性T细胞免疫机制张晓溪细胞焦亡在糖尿病肾病足细胞损伤中的机制研究周素娴姚军无抗冻剂超快速冷冻兔睾丸/附睾精子对ICSI胚胎及子代印记基因。
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第26卷第3期2006年3月生 态 学 报ACTA EC OLOGI CA SI NICA Vol .26,No .3Mar .,2006生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学研究进展戴家银,王建设(中国科学院动物研究所,北京 100080)基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向性资助项目(KSCX2-SW -128)收稿日期:2005-08-30;修订日期:2005-12-05作者简介:戴家银(1965～),男,安徽怀宁人,博士,研究员,主要从事生态毒理学和生物化学研究.E -mail :daijy @ioz .ac .cnFoundation item :The project was supported by the Innovation Project of Chines e Academy of Sciences (No .KSCX2-SW -128)Received date :2005-08-30;Accepted date :2005-12-05Biography :DAI Jia -Yin ,Ph .D .,Professor ,mainly engaged in ecotoxicology and biochemis try .E -mail :daijy @ioz .ac .cn摘要:将基因组学和蛋白质组学知识整合到生态毒理学中形成了生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学。
通过生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学的研究能够在基因组和蛋白质组水平更深入理解毒物的作用机制,寻找更敏感、有效的生物标记物,形成潜在的强有力的生态风险评价工具。
介绍了生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学的研究进展,以及DNA 芯片技术和2D -凝胶电泳技术在持久性有毒污染物的生态毒理学研究中的应用。
关键词:生态毒理基因组学;生态毒理蛋白质组学;DNA 芯片技术;2D -凝胶电泳;持久性有机污染物文章编号:1000-0933(2006)03-0930-05 中图分类号:X171 文献标识码:AProgress in ecotoxicogenomics and ecotoxicoproteomicsDAI Jia -Yin ,WANG Jian -She (Institut e of Zoology ,C hines e Acade my of Sci ence s ,Beijing 100080,C hina )..Acta Ecologica Sinica ,2006,26(3):930～934.Abstract :Ec otoxicogeno mics and ecotoxic oproteo mics are integration of genomics and proteomics into ec otoxicology .Ecotoxic ogenomics is defined as the study of gene and pr otein expr ession in non -target organisms that is impor tant in responses to environmental toxicant exposures .Ecotoxic ogenomic toolsmay provide us with a better mechanistic understanding of ec otoxicology ,and they are likely to provide a vital r ole in ecological risk assessment .Pr ogress in ec otoxicogenomics and ecotoxicoprote omics are discussed in this paper .DNA gene c hip and 2D -gel usually used in ecotoxicogeno mics and ecotoxicoproteomics ar e also e xpounded by exa mples .Key words :ec otoxicogeno mics ;ecotoxic oproteo mics ;D NA micr oarra y ;2D -gel ;persistent organic pollutants 随着生态学和环境科学的深入发展,生态毒理学已成为生态学和环境科学前沿研究领域,正从基因、蛋白质、器官和整体水平深入开展研究工作。
在人类基因组计划实施的短短几年间,以“组学(-omics )”构成的学科及其相关研究如雨后春笋般在生命科学界迅速蔓延、蓬勃发展。
在环境科学领域中也出现了环境基因组学(environmental genomics )、毒理基因组学(toxicogenomics )等学科。
Snape 等人[1～3]将基因组学知识整合到生态毒理学中,于2004年提出了“生态毒理基因组学(ecotoxicogenomics )”的概念,通过生态毒理基因组学研究确认一系列毒物效应基因,从而在基因组水平更深入理解毒物的作用机制,并在基因和蛋白质水平寻找更敏感、有效的生物标记物(biomarkers ),形成潜在的强有力的生态风险评价工具。
持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants ,POPs )是指能持久存在于环境中、通过食物链蓄积、逐级传递,经直接或间接途径进入人体的化学物质。
POPs 具有致癌、致畸、致突变性、内分泌干扰等毒作用。
POPs 对人体健康和生态环境带来的危害受到全社会的普遍关注,引起世界各国的决策者和科学家的高度重视,也成为环境科学和生态毒理学研究的热点课题之一[4,5]。
我国已于2001年5月签署了控制12种P OPs 对人类健康和环境造成威胁的国际公约《斯德哥尔摩公约》。
目前我国履行该国际公约面临着巨大的挑战,缺乏POPs 这类污染物的第一手资料,有关该类污染物对自然环境、生态系统和人类健康影响的基础研究薄弱[6,7]。
同时,一些未包括在公约12种POPs 之内的新的持久性有机污染物也引起各国科学家的注意,如阻燃剂多溴联苯醚(PBDEs ),全氟辛酸胺(PFOS )等,它们在生物体内的累积及其毒理研究也已成为迫切需要开展的工作[8,9]。
本文重点介绍了DNA 芯片技术和2D -凝胶电泳技术在持久性有机污染物的生态毒理研究中的应用。
阐述了生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学的研究进展,以期进一步提升我国生态毒理学研究水平。
1 生态毒理基因组学研究进展基因芯片(gene chip ),又称DNA 微阵列(microarray ),是由大量DNA 或寡核苷酸探针密集排列所形成的探针阵列,待检测样本的核酸序列可根据碱基互补配对的原理与芯片上相应探针分子结合。
经过标记的两等量不同RNA 样本同时与DNA 阵列杂交,可高通量、迅捷精确的比较两样本基因表达谱的差异。
利用DNA 微阵列技术,一个单一的毒理基因组分析就可能产生成千上万个数据。
通过检测哪些基因受到特殊化学污染物的影响,寻找同污染物密切相关的基因,用于研究污染物的毒作用机制。
通过分析不同污染物暴露的基因表达谱特征,确定不同污染物暴露的生物标志物,可实现对污染物毒性的早期预警。
通过比较新化学物和已知污染物暴露基因表达谱的变化,可在新化合物研发阶段比传统方法更早地了解该化学物的毒理以及潜在的副作用。
通过研究不同有毒污染物暴露所致特征性基因表达谱的改变(应答“指纹”),可快速确定环境污染物的性质并对其分类。
结合生物信息学可开发具有同各类污染物相关基因的新一代小型检测芯片,如“环境激素”芯片,用于检测专一性环境激素对生物的影响;“有毒污染物”芯片,专一检测水体中持久性有机污染物以及饮用水加氯消毒产生的痕量有毒物质。
Forrest 等人应用基因芯片技术和实时聚合酶链反应(RT -PCR )技术,在职业性接触苯的工人中检测了苯接触对外周血单核细胞基因表达的影响。
结果显示,CXCL16、ZNF331、JUN 和PF4等基因的表达发生特异性改变,这些基因可作为苯接触的潜在的生物标志物,为利用生物芯片技术检测苯暴露提供了重要信息[10]。
Wang 等人用全血总RNA 分析了锅炉制造工人职业接触金属烟雾前后的基因表达。
由于接触微粒而引起表达改变的基因与炎症反应、氧化应激、胞内信号转导、细胞周期和细胞凋亡密切相关[11]。
双氯醋酸(Dichloroacetic acid ,DC A )是自来水加氯消毒的副产物,能引起啮齿类动物的肝细胞癌变。
2003年,Thai 运用DNA 芯片技术对DCA 的致癌作用进行了研究。
基因表达谱分析显示24个基因表达改变,其中15个基因进一步经Northern 印迹证实。
在15个基因中,14个基因表达明显下调,包括细胞色素P4502C29(CYP 2C29)、CYP3A11、肝羧酸脂酶等。
另一个基因CYP2A4 5表达上调。
相应研究为快速分析水环境中微量有机物的毒性提供新的途径[12]。
日本学者Azumi 利用海鞘DNA 芯片,分析比较海鞘基因表达谱变化,据此推测海鞘暴露何种污染物并用来监测环境污染程度[13]。
该技术在环境保护和环境监测领域中具有广阔的应用前景。
Taroncher -Oldenburg 等应用70mer 的寡核苷酸芯片监测并量化环境氮循环中的功能基因多样性[14]。
2 生态毒理蛋白质组学的研究进展基因芯片技术对于揭示有毒污染物诱导的基因表达谱变化具有十分的重要意义。
但是在多数情况下,mR NA 与蛋白质的关系在结构上和动力学上是高度非线性的,mR NA 表达分析不能有效地预测有毒污染物与蛋白质的作用。
生态毒理蛋白质组学是从整体的蛋白质水平上,探讨生物在同毒物接触或环境胁迫下,细胞蛋白质的存在及其活动方式(蛋白质谱)的变化。
2D -凝胶电泳技术将蛋白质混合物在二维平面上充分展开,而基质辅助激光解析飞行时间质谱(MALDI -TOF )和生物信息学相结合用于确定感兴趣蛋白斑点的性质特征,是目前蛋白质组学研究中最常用的方法。
将蛋白质组学的相关技术应用到生态毒理学中,可在蛋白质水平上认识外源性化学物的毒作用及其机制。
同时,与基因表达谱相类似,有毒污染物及其浓度变化所致细胞蛋白质谱改变的“指纹特征”,可作为有效表征污染物暴露的生物学标记物(图1)。
虹鳟暴露壬基酚、地亚农(diazinon )和烯虫磷(propetamphos )3种污染物,以及污水厂排放口和排放口上游9313期戴家银 等:生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学研究进展 图1 蛋白质谱的“指纹”特征Fig .1 Illus tration of protein expressi on signature (PES )参考点,21d 后取样分析腮的蛋白质谱变化。