手性多氯联苯在斑马鱼中的选择性蓄积及毒性差异研究

发布时间：2018-04-05 03:38

本文选题：胚胎-仔鱼　切入点：成鱼　出处：《中国农业大学》2017年博士论文

【摘要】：多氯联苯PCBs虽已在二十世纪七十年代禁止使用,但仍作为电容器、变压器的绝缘散热介质以及油漆、润滑油墨、增塑剂、胶粘剂、蜡制品的添加剂广泛应用于商业和工业。研究表明,多数水源均受到不同程度的多氯联苯污染。因此,考察多氯联苯对水生生态系统的毒性效应具有十分重要的意义。手性联苯同系物因含有一个手性轴而有两个稳定旋光异构体。然而,目前对于手性PCBs的毒性研究仍比较少。本论文研究了手性PCB91和PCB149对不同生命阶段斑马鱼的毒性及作用机制,得出以下结果:1.手性PCB149在胚胎-仔鱼阶段的蓄积及基因毒性将斑马鱼胚胎-仔鱼暴露于三个不同水平的rac-PCB149、(+)-PCB149、(-)-PCB149,暴露浓度为0.5ng/L,0.1μg/L,2.5μg/L来研究手性PCB149在斑马鱼早期阶段的蓄积浓度及基因表达变化。结果显示:rac-PCB149在斑马鱼早期发育阶段蓄积浓度呈显著的立体选择性差异(EF0.5),且随着暴露浓度的增加及暴露时间的延长,该立体选择性趋于不显著。CYPs基因(cyp19a1b,cyp2aa4,cyp2k6)作为(+)-PCB149暴露后胚胎-仔鱼体内的差异基因;rac-PCB149、(+)-PCB149暴露后胚胎-仔鱼体内基因表达紊乱未表现出显著性差异。上述结果表明,(-)-PCB149可能为rac-PCB149暴露引起胚胎-仔鱼体内基因表达紊乱的主要因素;除考虑rac-PCB149对胚胎-仔鱼的毒性外,也应考虑(+)-PCB149对胚胎-仔鱼的毒性。2.手性PCB149在成鱼阶段的蓄积及基因毒性将斑马鱼成鱼暴露于三个不同水平的rac-PCB149、(+)-PCB149、(-)-PCB149,暴露浓度为0.5 ng/L,0.1μg/L,0.25μg/L来研究手性PCB149在斑马鱼成鱼阶段的蓄积浓度及基因表达变化。生物含量分析结果显示:rac-PCB149在斑马鱼成鱼体内的蓄积呈显著的立体选择性差异,随着暴露浓度及暴露时间的增加,EF值趋于0.5。两个对映体在斑马鱼体内未发生转化,且蓄积浓度无明显差异。目的基因表达结果显示:不同形式的PCB149对斑马鱼的基因毒性呈现立体选择性。随着rac-PCB149、(+)-PCB149、(-)-PCB149暴露浓度的增加及暴露时间的延长,同一基因的调控趋势呈现不一致性。通过蓄积浓度-基因表达相关性分析发现:不同形式的PCB149对斑马鱼成鱼不同组织的毒性机制呈现差异。rac-PCB149暴露可能会引起成鱼脑组织炎症反应,而(-)-PCB149暴露可能会引起成鱼脑组织代谢紊乱,(+)-PCB149暴露可能对成鱼肝脏组织造成氧化胁迫。3.手性PCB91对斑马鱼成鱼氧化损伤的影响将斑马鱼成鱼长期暴露于1.0μg/L的rac-PCB91、(+)-PCB91、(-)-PCB91来研究56天蓄积试验及49天消解试验阶段手性PCB91在成鱼阶段的蓄积及抗氧化行为。试验发现,斑马鱼成鱼体内rac-PCB91浓度呈立体选择性差异(EF0.5),且随着暴露浓度的增加及暴露时间的延长,该立体选择性趋于愈加显著。两个单体之间不存在异构化,且蓄积速度不一致,两个对映体的logBCFk值接近3.7。PCB91暴露组斑马鱼脑及肝脏组织内的ROS含量,抗氧化酶活及基因表达,MDA含量测定结果显示:三种不同形式的PCB91均对斑马鱼造成氧化胁迫。通过相关性分析发现,相较于脑组织来说,肝脏组织中ROS含量、MDA含量、抗氧化基因与PCB91浓度呈现极大的相关性;而抗氧化酶活与浓度相关性较小;暴露于(+)-PCB91的肝脏组织中ROS含量与抗氧化基因呈现极大的相关性;抗氧化酶活与抗氧化基因表达未呈现相关性,且对于去除自由基的Gpx及CAT酶活来说,Gpx在PCB91暴露试验中其主要作用。4.手性PCB91对斑马鱼成鱼组织的毒性及机制研究将斑马鱼成鱼长期暴露于1.0μg/L的rac-PCB91、(+)-PCB91、(-)-PCB91来进一步研究手性PCB91对斑马鱼成鱼的毒性机制差异。63天手性PCB91长期暴露试验显示:rac-PCB91、(+)-PCB91、(-)-PCB91暴露组,斑马鱼成鱼死亡率呈现较大差异。rac-PCB91、(+)-PCB91暴露组中斑马鱼成鱼脑组织附近有明显的红色凸起。通过苏木精-伊红染色发现:(-)-PCB91暴露组成鱼肾脏组织有细胞肥大和肾小管坏死病变,而在rac-PCB91、(+)-PCB91、(-)-PCB91暴露组成鱼脑组织发现大量的炎症细胞浸润和由神经纤维损伤引起的脱髓鞘病变。另外,通过相关基因表达及相关蛋白含量分析发现:PCB91暴露组成鱼脑组织中与神经损伤,细胞凋亡和炎症反应相关基因表达及蛋白表达紊乱。以上结果显示:长期暴露于PCB91可引起斑马鱼成鱼脑组织的神经损伤,细胞凋亡和炎症反应。5.基于靶向代谢组学的手性PCB91、149对胚胎-仔鱼的毒性研究将斑马鱼胚胎-仔鱼暴露于 rac-PCB91、(+)-PCB91、(-)-PCB91 及 rac-PCB149、(+)-PCB149、(-)-PCB149,暴露浓度为1.0μg/L。采用UPLC-MS/MS技术对斑马鱼胚胎、仔鱼体内的22种氨基酸进行定量及其他一些小分子进行半定量分析,结果显示:经手性PCB91、PCB149暴露后,斑马鱼胚胎、仔鱼体内的多数小分子含量紊乱且呈现立体选择性差异;不同种类的PCB暴露后,体内小分子变化呈现不一致性。通过对靶向代谢组学数据进行多变量数据分析,筛选出PCB暴露的差异特征代谢物。不同种类PCB暴露,体内特征代谢物存在明显差异。同一 PCB的不同形式,其特征代谢物也存在差异。进一步进行代谢通路分析,结果显示手性PCBs对斑马鱼发育阶段产生立体选择性毒性,可能会对斑马鱼胚胎、仔鱼产生氧化损伤,影响神经发育、能量代谢及细胞生长过程中的基因调控。
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【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X592;X171.5

【参考文献】