双酚A对斑马鱼（Danio rerio）雌激素效应的DNA甲基化机制研究

发布时间：2020-06-09 18:09

【摘要】：双酚A是世界上产量最大的化学品之一,在水环境中的浓度能够达到21～1730μg/L,对水生生物和生态系统的健康具有潜在的风险。研究表明双酚A等环境雌激素主要通过与雌激素受体(estrogen receptors, ERs)结合或干扰内源雌激素水平两种途径发挥雌激素效应,这两种途径均涉及多种基因表达水平的紊乱,但双酚A干扰基因表达的深层分子机制并不清楚。本研究采用500～1500μg/L双酚A暴露斑马鱼21d或全世代(15-150dph),以血浆17β-雌二醇(17β-estradiol, E2)水平、雄鱼肝脏卵黄原蛋白(vitellogenin, VTG)合成、F1代繁殖能力及子代发育水平、F1代性别比例为指标,在分子、细胞和个体水平系统研究了双酚A对斑马鱼的雌激素效应,并从靶器官ERs基因和性腺E2合成相关基因表达的角度阐述了双酚A雌激素效应的分子机制；为进一步研究双酚A改变基因表达水平的作用机理,本研究对组织gDNA和基因CpG位点的甲基化水平进行了检测,从DNA甲基化调控基因表达的角度深入探讨了双酚A发挥雌激素效应的机制。研究结果表明：(1)双酚A暴露21d,500和1500μg/L双酚A暴露显著升高雄鱼血浆E2含量、1000μg/L双酚A显著降低E2含量,双酚A全世代(15-150dph)暴露后,各暴露组雌鱼血浆E2含量无显著变化、雄鱼血浆E2含量在1000μg/L暴露组显著升高；暴露21d,雄鱼肝脏vtg1 mRNA水平和VTG蛋白含量在500和1500μg/L暴露组显著升高,在1000μg/L暴露组无显著变化；全世代暴露后,500～1500μg/L双酚A均显著升高F1代雌鱼卵巢闭锁卵泡比例,1000和1500μg/L双酚A显著降低F1代雌鱼平均产卵量和F2代72hpf孵化率、显著升高F2代12hpf死亡率；500～1500μg/L双酚A暴露全世代均显著升高了雌鱼比例。双酚A暴露增加了雄鱼血浆E2含量、诱导了雄鱼肝脏VTG的合成、抑制了亲代繁殖和子代发育水平,并诱导了雌雄性别比例失调,能够对斑马鱼产生多种雌激素效应。(2)双酚A暴露21d,雄鱼肝脏ERα基因表达水平仅在1000μg/L暴露组显著升高,ERβ1基因表达水平在各个暴露组均显著升高,ERβ2基因表达水平无显著变化。暴露21d,1000和1500-μg/L暴露组精巢star和cyp17a1 mRNA水平显著降低,500-1500μg/L暴露组cyp19a1a mRNA水平均显著升高；双酚A全世代暴露后,500μg/L暴露组雌鱼卵巢star mRNA水平显著升高,500～1500μg/L暴露组卵巢cyp19a1 amRNA水平均显著降低,而雄鱼精巢cyp11a1在500μg/L暴露组显著降低,cyp17a1 mRNA水平在1000和1500μg/L暴露组显著升高,cypl9a1a mRNA水平仅在1000μg/L暴露组显著升高。结果表明双酚A主要通过影响肝脏ERa和ERβ1基因、性腺cyp19a1a基因的表达干扰靶器官ERs的响应和性腺E2的合成。(3)500-1500μg/L双酚A暴露21d,1000和1500μg/L暴露组雄鱼肝脏gDNA甲基化水平显著降低,1000μg/L暴露组ERa基因5’侧翼区CpG位点甲基化水平、以及500μg/L暴露组vtgl基因CpG1691的甲基化水平均显著降低；暴露21d,雄鱼精巢gDNA甲基化水平无显著变化,1000μg/L暴露组cyp19a1a基因5’侧翼区CpG79和CpG114的甲基化水平显著降低；全世代暴露后,1000和1500μg/L暴露组雌鱼卵巢gDNA甲基化水平显著升高,500～1500μg/L暴露组雌鱼卵巢cypl9a1a基因5’侧翼区CpG位点甲基化水平均有所升高,但与对照相比变化并不显著。对DNA甲基转移酶基因(dnmts)和甘氨酸-N-甲基转移酶基因(gnmt)表达水平进行检测,发现双酚A暴露21d显著促进了雄鱼肝脏和精巢dnmts基因的表达,全世代暴露显著抑制了雌鱼卵巢dnmts基因的表达,dnmts表达水平的变化与DNA甲基化水平的变化并不一致；暴露21d,500～1500μg/L暴露组雄鱼肝脏gnmt mRNA水平显著升高。双酚A能够通过降低或升高性腺cyp19a1a基因DNA甲基化水平上调或下调其表达,肝脏ERa基因和vtgl基因的表达也受到DNA甲基化的调控,但双酚A改变DNA甲基化水平的机制比较复杂,肝脏组织DNA甲基化水平的降低与gnmt基因表达上调有关。综上,本研究结果表明500～1500μg/L双酚A暴露21d或全世代后,能够升高雄鱼血浆E2含量、诱导雄鱼肝脏VTG合成、降低F1代繁殖能力及子代发育水平、造成F1代雌鱼比例显著升高,对斑马鱼产生多种雌激素效应；双酚A主要通过改变靶器官ERs基因和性腺E2合成相关基因cyp19a1a的表达水平影响靶器官ERs的响应和内源E2合成,进而发挥雌激素效应；而暴露后ERa和cyp19a1a基因表达水平的改变与DNA甲基化相关,DNA甲基化是双酚A发挥雌激素效应的深层分子机制。本文的结果为环境雌激素作用机制的研究提供了新的思路。
【图文】：

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本文编号：2705058