亚慢性镉胁迫背角无齿蚌的氧化应激与机制研究

发布时间：2020-06-10 14:18

【摘要】：镉(Cd)是一种有毒的非必需重金属元素,可对动物组织器官造成不良影响。Cd等重金属在水生环境的污染已经成为世界范围内重要的环境问题。背角无齿蚌(Anodonta woodiana)作为“淡水贝类观察”的指示生物,经常被用于监测淡水环境的污染状况。鳃和消化腺通常是研究Cd对软体动物双壳类不良影响的靶器官,双壳类动物的肾对Cd也有很强的富集能力。本学位论文旨在筛选适合于淡水环境中Cd污染监测与评价的背角无齿蚌组织及相应的生物标志物。本学位论文研究了Cd在背角无齿蚌肾、鳃和消化腺等八种主要组织器官的积累与排除,分析了亚慢性镉对肾、鳃和消化腺造成的氧化应激与组织病理学变化,并探究了亚慢性镉对短期镉暴露靶器官鳃和长期镉暴露靶器官肾Nrf2等七种抗氧化相关基因mRNA表达的影响。首先,将背角无齿蚌暴露于Cd(0.168和0.675 mg·L~(-1))28 d后,检测八种组织器官肾、鳃、消化腺、外套膜、内脏团、足、闭壳肌和血淋巴的Cd累积量。结果显示,Cd的累积量在检测的组织器官中均显著地增高(p0.05),且肾的Cd累积量最高。消化腺和鳃的Cd累积量分别处于第二位和第三位。除了血淋巴Cd积累量在d14达到最高值外,其余组织中Cd的累积量都随着暴露时间和浓度的增加而增加。各组织的生物富集系数(BCF)也随着暴露时间的增加而增加,但与暴露浓度呈负相关。随后,再将背角无齿蚌置于清水中,进行28 d的Cd排除实验。结果发现,内脏团的Cd排除率最高,肾、消化腺和鳃的Cd排除率几乎达到了40%。但是,这三种组织器官中的Cd含量仍高于其他组织。在此基础上,检测并分析了背角无齿蚌经Cd(0.168和0.675 mg·L~(-1))暴露28 d,鳃、消化腺和肾的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)、谷胱甘肽(GSH)、总抗氧化能力(TAC)和丙二醛(MDA)七种指标和组织细胞形态结构的变化。结果显示,经Cd暴露后,鳃组织器官中GST和MDA,消化腺GPx、GSH、TAC和MDA,以及肾中TAC和MDA均被显著诱导(p0.05);鳃SOD和CAT,肾SOD、CAT、GPx和GST均被显著抑制(p0.05)。同时,在这三种组织器官中,观察到细胞形态结构发生了明显的组织病理学损伤,并且与MDA的结果一致。随着Cd暴露时间的延长,鳃和消化腺中的组织损伤不断加重。但肾在Cd暴露d 7比d 28受到的损伤更严重。最后,检测了背角无齿蚌经Cd(0.168 mg·L~(-1)和0.675 mg·L~(-1))暴露28 d,鳃、消化腺和肾中抗氧化相关基因mt、nrf2、keap1、cu/znsod、cat、gst和trx mRNA的表达情况。结果显示,鳃中这七种基因的表达量过低,绝大部分个体经qPCR无法检测到Ct值,随后对部分表达量较高的个体进行半定量PCR也发现各目的基因扩增片段的条带也大多较暗。Cd暴露后,肾gst mRNA表达量均显著下调(p0.05)。0.168 mg·L~(-1) Cd暴露后,肾mt mRNA表达量在d 7上调,在d 28下调;肾nrf2 mRNA表达量上调,且伴随着keap1 mRNA表达量下调以及cu/znsod、cat和trx mRNA表达量上调(p0.05)。0.675 mg·L~(-1) Cd暴露后,肾mt mRNA表达量上调;肾nrf2mRNA表达量无明显变化,keap1以及cu/znsod、cat、trx mRNA表达量均表现为下调(p0.05)。综上所述,得出如下结论:1.背角无齿蚌的肾、鳃和消化腺是亚慢性Cd积累的靶组织器官。鳃的Cd积累量可以反映短期的Cd污染,肾和消化腺中的Cd积累可以指示长期的Cd暴露。2.内脏团、肾、鳃和外套膜是背角无齿蚌排除Cd的重要组织器官。3.背角无齿蚌鳃IBR/n指数(整合SOD、CAT、GPx、GST活性和GSH含量),可以监测短期高剂量的Cd暴露;肾IBR/n指数可以监测长期低剂量的Cd暴露。背角无齿蚌鳃GST活性和MDA含量、消化腺GPx活性以及肾SOD活性适合用作指示水体Cd污染的生物化学生物标志物。4.背角无齿蚌肾gst mRNA表达量适合用作监测水体Cd污染的分子生物标志物。
【图文】：

双壳类软体动物,和分布,消化腺

最终进入消化腺和肾的溶酶系统储存或排泄[2,121-123]（图1.1）。图 1.1 双壳类软体动物体内镉的转运和分布Cd2+吸收和蓄积， Cd2+在各组织间的转运， Cd2排除Fig. 1.1 Transport and distribution of cadmium in bivalve molluscsCd2+absorbtion and accumulation, Cd2+transport among tissues, Cd2+elimination

双壳类软体动物,镉胁迫,抗氧化,氧化应激

亚慢性镉胁迫背角无齿蚌的氧化应激与机制研究质过氧化[149]。此外，Cd 还可通过共价结合[150]、抑制错配修复系统[151]等方式导致 DNA 损伤。Cd 可破坏生物体正常的细胞信号转导过程，Cd 诱导产生的 ROS 和其它由 Cd 诱导或抑制的多种信号分子会共同影响细胞功能、基因的转录和调控，最终激活细胞保护机制进行修复或导致细胞凋亡、坏死和癌变[152]。在正常条件下，生物体内 ROS 的生成和清除是动态平衡的[6, 53]。当 Cd 等外界环境胁迫因子作用时，体内过量的ROS积累破坏了这种平衡状态[53]，产生氧化应激，，并导致受 ROS 介导（直接或间接）的核酸、蛋白质和脂质损伤[153-154]。在氧化应激条件下，生物体的抗氧化系统（包括抗氧化酶和非酶抗氧化物）被激活，这些抗氧化酶以及非酶抗氧化物在复杂的抗氧化防御网络中相互作用[155]，用于清除多余的 ROS和 Cd 等外界环境胁迫因子[54]，以保护生物体免受氧化损伤[53]（图 1.2）。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.225

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