持久性有机污染物PCBs对雌雄斑马鱼脂代谢的影响机制研究

发布时间：2020-09-09 09:43

　　多氯联苯(PCBs)是一种广泛分布于水环境中的持久性有机污染物。由于其理化性质较稳定、半衰期长,且可随食物链逐级蓄积不易降解,因此多氯联苯可以对水生生物、哺乳动物甚至人类造成各种各样的不利影响,包括神经毒性、生殖毒性与免疫毒性等。由于PCBs也能造成动物的内分泌紊乱,因此也被归入环境内分泌干扰物(EDC)。在哺乳动物中的研究表明,很多EDC可以通过扰乱脂肪代谢、促进脂肪积累从而导致肥胖;也可以通过调节控制食欲和饱腹感的激素水平,从而导致肥胖。但是,EDC对在水环境生存的鱼类脂代谢的影响仍少有人研究。本论文以斑马鱼作为研究模型,研究了高低浓度PCBs暴露对雌雄鱼脂代谢可能产生的负面影响。此外,本论文也首次探讨了饲料中不同脂肪水平与PCBs暴露对斑马鱼脂代谢的交互影响。这些都为更深入理解多氯联苯对水生动物的生态毒理效应提供了新的参考依据,并为了解水产养殖中鱼类脂肪肝的产生机制提供了新的思路。本研究的主要实验结果和结论如下:(1)不同浓度PCBs对雌雄斑马鱼脂代谢的影响本实验用工业中常用的有机污染物PCB1254,将其配成浓度为0.2μg/L,2μg/L和20μg/L分别暴露雌雄斑马鱼6周。结果发现PCB暴露对各组的增重率和存活率没有显著影响,但是20μg/L的高浓度PCB使雄鱼的终末体重显著低于对照组、PCB浓度为0.2μg/L和2μg/L组,这可能是PCB的毒性效应所导致的。就组织中的脂肪积累程度来看,雌性斑马鱼的内脏重高于雄性,而且在雄性中2μg/L的PCB组要显著高于0.2μg/L的PCB组;全鱼的总脂中也出现了类似的现象,PCB浓度低于2μg/L时,雄鱼体内脂肪含量随着PCB浓度的增加而增加,而在雌鱼中没有此现象;从肝脏的石蜡切片可以看出PCB浓度为2μg/L时雌雄斑马鱼肝脏中的脂肪积累最多。以上结果表明:PCB浓度为2μg/L时能够造成雌雄斑马鱼肝脏中脂肪积累,且PCB对雌雄斑马鱼脂代谢的影响存在性别差异。双因素方差分析表明,性别能显著影响终末体重、内脏重和体内的脂肪含量,但是PCB对这三个指标没有显著影响,这说明PCB对雌鱼的影响可能被性别差异所掩盖。从肝脏和脂肪组织中与脂代谢相关的分子指标来看:在雄鱼肝脏中脂肪合成、分解和转运相关基因的表达都随着PCB浓度的升高而升高,具体表现在DGAT-1a、PPARγ、CPT-1a、PPARα和FABP。而在雌鱼中则相反,除了DGAT-1a在PCB浓度为20μg/L组的表达量最高外,其余这些基因都有随着PCB浓度增加而表达量降低的趋势。双因素方差分析表明:PCB对DGAT-1a、PPARγ、FAS、CPT-1a、PPARα、FABP和VTG有显著影响;性别因素对DGAT-1a、PPARγ、SREBP、CPT-1a、LPL、PPARα、FABP、VTG和ER有显著影响;除了SREBP和ER之外,PCB和性别交互作用对大部分基因都能造成显著影响。在脂肪组织中雄鱼的表达与肝脏情况类似,但在雌鱼中DGAT-1a、DGAT2、ATGL和FABP的表达随着PCB浓度的增加而增加。就剂量而言,在雄鱼中大多数基因表达量的最高值出现在PCB浓度为2μg/L组,而雌鱼中部分基因表达量的最高值出现在PCB浓度为20μg/L。双因素方差分析的结果也表明性别和PCB几乎对所有的基因都有显著的影响。这些结果表明:1)雌雄斑马鱼对PCB的响应不同;2)PCB对雄鱼的影响程度要大于雌鱼。氧化应激的相关指标表明,本研究中的PCB没有对斑马鱼造成氧化压力。应激与细胞凋亡相关基因的研究表明在雄鱼中随着PCB浓度增加HSP70、CAS3、BCL2和BAX的表达也会增加,而在雌鱼中变化不明显。这说明PCB对雄鱼造成的应激和细胞凋亡的影响高于雌鱼,即雄鱼比雌鱼更敏感。总的来说,低剂量PCB(0.2μg/L和2μg/L)暴露对斑马鱼的脂肪积累效果要比高剂量(20μg/L)明显。在2μg/L时,PCB导致脂肪积累的效果最明显,在低中剂量中脂肪积累随着PCB浓度的增加而增加,高剂量时脂肪积累反而下降。这说明低中剂量PCB与高剂量对脂代谢的影响机制可能不同。就不同性别斑马鱼脂代谢对PCB的敏感性来看,我们发现雄性比雌性更敏感,这可能与雌雄本身体内的脂肪蓄积不同有关,也可能是雌雄鱼体内的雌激素本底不同从而造成对环境雌激素敏感性不同。这些结果为持久性有机污染物和脂代谢之间复杂的交互作用提供了新的见解,也有助于以后更系统地评估环境污染物。(2)不同脂肪水平的饲料对PCB暴露的雌雄斑马鱼脂代谢的影响前一部分工作确定了PCB对斑马鱼造成脂代谢紊乱的适宜浓度,本实验中我们采用这一浓度,然后分别喂低脂和正常脂饲料,养殖6周。以检测不同脂肪水平饲料与PCB对斑马鱼脂代谢的交互作用。从生长和组织中脂肪积累的结果来看:PCB对雌雄鱼的增重率没有造成影响,肝脏中甘油三酯的含量在雌鱼低脂组显著高于对照组,内脏重也出现了一致的结果,而全鱼的脂肪含量在雄鱼正常脂组中显著高于对照组,其余组中差异不明显。肝脏的石蜡切片也表明雄鱼正常脂中PCB有促进脂肪积累的效果,而对雌鱼的影响不大。从肝脏和脂肪组织的分子指标来看,在雄鱼正常脂组中PCB使得脂分解相关的基因CPT-1a、HAD和PPARα的表达下调,在低脂组中变化不大;有趣的是在雌鱼中表现出了相反的结果,低脂和正常脂组中PCB都使得CPT-1a、HAD、PPARα和ATGL的表达显著升高。与脂肪合成相关基因的表达也出现了相似的趋势,在雄鱼正常脂组中PCB使得DGAT-1a、DGAT-1b、FAS和SREBP的表达量显著降低,而在低脂组没有影响;雌鱼低脂组中PCB对DGAT-1a、DGAT-1b和FAS的表达有显著的促进作用,但对正常脂组影响不大。但是与脂肪转运的相关基因中,正常脂组雄鱼中FABP和LPL的表达量在PCB的影响下显著升高,而在雌鱼中,PCB却使它们显著降低;低脂组雄鱼中,PCB使LPL的表达量显著降低,雌鱼中PCB使得FABP的表达量显著升高。综上结果表明:1)PCB对雄鱼的影响比雌鱼更敏感;2)在雄鱼中,PCB对正常脂组的影响更显著,而在雌鱼中却是对低脂组的影响较明显;3)PCB对雌雄斑马鱼的脂代谢机制不同,在雄鱼中PCB主要促进脂肪的转运,从而使肝脏中脂肪积累,而雌鱼中PCB则能同时促进脂分解与脂合成代谢。脂肪组织中的数据表明雄鱼低脂和正常脂中与脂肪合成、分解和转运的相关基因的表达都上调,这与雌鱼肝脏中的结果类似,这种相似性可能与组织中脂肪含量不同有关。雌鱼正常脂组中PCB使得与脂肪合成、分解和转运相关基因的表达下调,在相同组织中,雌雄鱼中与脂代谢相关基因的表达不同可能是由于性别对PCB的响应不同。从氧化应激的结果来看,在雌雄鱼中MDA和SOD的含量都随着饲料中脂含量的增多而升高,但是PCB暴露组与对照组相比没有显著差异。GSH的活性随着饲料中脂含量的增加而降低,PCB暴露组与对照组相比都有下降的趋势,且在雄鱼正常脂组中有显著性差异。这些数据表明PCB没有对低脂和正常脂喂养的雌雄斑马鱼造成氧化应激。总结本文全部工作而言,低浓度PCB的脂代谢干扰效应比高浓度PCB更强。在雄鱼中,正常脂组受PCB的影响更显著,能够使肝脏中脂肪积累,而在低脂组没有显著性影响。在雌鱼中则表现出了相反的结果,低脂组中PCB对脂代谢的响应较敏感,与脂肪合成相关基因的表达量都显著上升,而在正常脂组中差异不显著。这再次说明性别对脂代谢的重要影响,且PCB对雌鱼和雄鱼脂代谢的机制不同。本文的研究结果,为了解自然和养殖水域中鱼类脂肪沉积机制提供了重要的参考资料,并为阐明养殖鱼类脂肪肝发生机理提供了新的思路与证据。
【学位单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X592;X503.225
【部分图文】：

多氯联苯,结构式,联苯

机污染物 PCBs 概述机污染物 PCBs 概念及分类Polychorinated biphenyls）是一种联苯苯环上的氯代烃类化合物，其中氯的数量取决于它1，通常简称 PCBs（其结构式如图 1-1）。异构体和同系物多达 209 种，每一个同分异它的分类和命名。我国习惯上按联苯苯环上将 PCB 分为三氯联苯（PCB3）、四氯联苯（苯（PCB6）、七氯联苯（PCB7）、八氯联苯氯联苯（PCB10）。

土壤系统,植物,空气

第一章绪论染物的存在3。由于大气中含 PCBs 的颗粒物沉降以及含 PCBs 的土壤随着水土流入河道并汇集等因素的影响，使得环境中大多数多氯联苯都聚集于海洋表面，且主要集中在北大西洋1。1972年美国的河流被检测出浓度范围从0.01-0.045μg/L不等 PCBs，而这相比于日本饮用水中 PCBs 浓度 10-100μg/L 和北大西洋表面水1-35μg/L 已是最低1。气象和粒子结合的化学物质通过大气传播是 PCBs 在全球分布的主要方式。图 1-2 总结了在空气-植物-土壤中，影响 PCBs 传播的主要过程3（图 1-2）。PCBs 一旦进入到空气中就会通过土壤吸收、雨水溶解、干湿粒子沉积等方式进入土壤和植物，也通过阳光照射进行光解。在土壤中，PCBs 通过渗透和径流运输，以及生物扰动作用在相邻层之间扩散。多氯联苯不但可从空气积累到植物叶片，而且也可以由植物叶片重新挥发到空气中。此外，还可以经过雨水冲刷、石蜡侵蚀和垃圾处理转化进入到土壤中。

脂肪组织,须鲸

影响可能与其发育的阶段有关20。在小须鲸维生素 D 结合蛋白的表达，因此抑制维生素作用可通过与雄激素受体调节因子 70(ARA)小须鲸的内分泌系统21。可以看出持久性有物种的不同发育阶段均可能造成不同的影响。机污染物 PCBs 对脂代谢的研究进展机污染物 PCBs 对生物造成的脂肪沉积有机污染物 PCBs 具有亲脂性，这使得脂肪组东南亚水域不同鲨鱼的研究中发现，体内 PCB渐增加22。最近的流行病学研究表明 PCBs 与病有密切关系23。

【参考文献】