氯氰菊酯对雄性大鼠青春期生殖发育和肠道菌群的影响

发布时间：2020-03-30 07:53

【摘要】：拟除虫菊酯类农药作为一种环境内分泌干扰物,可以通过干扰性激素受体的结合的方式,抑制或刺激性激素的正常合成、释放和转运过程,影响内分泌系统正常运行,引起免疫系统、生殖系统等异常。随着拟除虫菊酯类农药的产量、使用量和环境残留量的不断增加,它们的生态健康风险也越来越引起了人们的广泛关注。近年来的研究表明,肠道菌群作为人体内的“超级器官”,与人体的各种健康问题密切相关,受遗传基因、食物、外源化合物等的共同作用而改变,并参与人类各项生理生化和代谢活动。因此研究肠道菌群和代谢之间的相互作用机制和宿主健康之间的关联,在调节外源化合物的健康风险方面具有重要的意义?由于处于生物体青春期前期的个体发育尚不成熟,雌激素样农药可能对发育中的内分泌和生殖器官产生持久不可逆的损伤或障碍,而从配子发生的角度来看,雄性更容易受到雌激素样化合物的影响。因此,对于雌激素样化合物在处于青春期这一敏感期的雄性个体中的影响和作用研究尤为重要。我们认为在研究雌激素样农药对雄性生殖发育及代谢的影响时,肠道菌群的作用也不可忽视。已有研究发现拟除虫菊酯如氯氰菊酯具有内分泌干扰效应,通过腹腔注射氯氰菊酯暴露青春期雄鼠后,出现了青春期启动日龄明显提前、血清FSH、LH、性激素水平增高、GnRH脉冲释放间隔缩短的现象,但其中的机制并不清楚。而且由于农药的典型暴露途径为经口暴露而非腹腔注射,氯氰菊酯等农药在经过消化道进入生物体后,将发生一系列的复杂代谢反应,尤其与肠道微生物之间的相互作用后导致的可能健康风险尚需要进一步研究。所以本研究以50,200和500μg/kg的氯氰菊酯(cypermethrin,CYP)采用口服方式暴露出生23天(PND 23)的雄性SD大鼠,通过检测血常规,精子以及采用微生物分子生态学方法分析肠道菌群的结构和功能改变,整合分析阐明具有内分泌干扰效应的氯氰菊酯经口暴露后,青春期雄鼠肠道菌群及代谢扰动探讨对雄鼠青春期生殖发育的影响及其可能机制。主要工作及结果如下:(1)500μg/kg氯氰菊酯暴露后,血常规的结果显示雄鼠红细胞分布宽度RDW显著增加。通过采用16S rRNA的高通量测序技术对暴露后青春期雄鼠肠道菌群进行分析。结果显示,500μg/kg氯氰菊酯雄鼠的肠道菌群发生了明显变化。在科的水平上,拟杆菌科(Bacteroidaceae),韦荣球菌科(Veillonellaceae)和Tannerellaceae的相对丰度明显上升;在属水平上,Prevotellaceae UCG-003相对丰度上升。这些肠道菌群的结构变化指示雄鼠的免疫平衡可能受到损害。而且由于RDW也与炎症相关,我们推测氯氰菊酯的暴露可能扰动了青春期雄鼠的免疫平衡。(2)我们发现500μg/kg氯氰菊酯暴露后雄鼠体重增长率降低,而肠道菌群中与体重相关的Prevotellaceae UCG-003丰度显著相关,这说明氯氰菊酯暴露后肠道菌群失衡,造成雄鼠代谢异常,从而影响青春期雄鼠体重增长。综上,我们通过研究氯氰菊酯对青春期大鼠血液指标、精子指标及肠道菌群的扰动效应,我们发现氯氰菊酯的摄入可能通过改变肠道菌群正常的组成和结构,增加机体内代谢紊乱,免疫反应等健康风险,提示肠道菌群在机体中的在重要作用,以及将肠道微生物纳入环境化合物健康风险评估的积极意义。我们的研究为今后研究拟除虫菊酯类农药的毒性效应提供了新的模式和思路,为开发低生态风险的农药提供了重要参考。
【图文】：

氯氰菊酯,测序,样本,对照组

共得到 221 个 OTU。用稀释曲线（Rarefaction curve）对样品测序深度的合理与否进行分析。如图4-1 所示，随着所测序列数的增加，得到的 OTU 数也不断增加，当测序条数到达一定水平时，曲线均趋于平缓，说明此时测序的深度已基本覆盖样品中的所有物种，说明本实验的测序数是合理的。图 4-1 测序样本的稀释曲线，其中FC 代表对照组，FL 代表氯氰菊酯低浓度暴露组，，FM 代表氯氰菊酯中浓度暴露组，FH代表氯氰菊酯高浓度暴露组Figure 4-1. Rarefaction curve of the samples. FC denotes Control group, FL denotes LowConcentration group, FM denotes Medium Concentration group, FH denotes HighConcentration group使用 Silva 数据库与测得序列进行比对，对 OTU 进行注释

肠道菌群,丰度,拟杆菌,梭菌

图 4-2 肠道菌群门水平丰度Figure 4-2. Relative abundance at phylum level在纲水平上，这 221 个 OTU 一共可以分成 15 个纲，如图 4-3。其中优势菌属为拟杆菌纲（Bacteriodia）和梭菌纲（Clostridia），分别占 61.8%和 12.7%
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q492

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