cyp3a65在斑馬魚中的時(shí)空表達(dá)及其對BDE47所致發(fā)育異常的影響.pdf

1、多溴聯(lián)苯醚(polybrominated diphenyl ethers，PBDEs)是一種運(yùn)用廣泛的溴化阻燃劑，也是受到廣泛關(guān)注的持久性有機(jī)污染物。2，2'，4，4'-四溴聯(lián)苯醚（2，2'，4，4'-tetrabromodiphenyl ether，BDE47）是從人類血液和母乳樣本中檢測到的含量最豐富的PBDEs同系物，具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，可引發(fā)生殖、發(fā)育、神經(jīng)、免疫以及腫瘤等毒效應(yīng)。研究表明，新生兒臍帶血中BDE47的濃度與其出生

2、體重呈負(fù)相關(guān)，提示發(fā)育早期暴露于BDE47可能對胚胎發(fā)育造成損害，但BDE47所致發(fā)育毒性的機(jī)制尚不明確。生物轉(zhuǎn)化是外源化學(xué)物對機(jī)體產(chǎn)生毒性作用的重要過程，主要由細(xì)胞色素P450酶(Cytochrome P450，CYP450)介導(dǎo)。課題組前期研究證實(shí)，BDE47能被CYP3A代謝生成毒性更強(qiáng)的OH-BDE47，并通過引起氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，進(jìn)而產(chǎn)生毒性作用，但CYP3A的生物轉(zhuǎn)化在BDE47所致的發(fā)育毒性中的作用及其機(jī)制有待闡明。本研

3、究運(yùn)用BDE47染毒斑馬魚模型，敲降胚胎的cyp3a65，并運(yùn)用經(jīng)典抗氧化劑N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)和植物提取抗氧化劑異甘草素(ISL)進(jìn)行干預(yù)，旨在探究cyp3a65（與人CYP3A4同源）在BDE47所致斑馬魚胚胎早期發(fā)育毒性中的作用及其機(jī)制。
　　第一部分 cyp3a65在斑馬魚胚胎的時(shí)空表達(dá)譜及BDE47的誘導(dǎo)作用
　　目的:評估cyp3a65在斑馬魚胚胎的表達(dá)部位、表達(dá)量和表達(dá)時(shí)間以及BDE47對cyp3a

4、65表達(dá)的影響，為評價(jià)BDE47對斑馬魚的發(fā)育毒效應(yīng)提供依據(jù)。
　　方法:運(yùn)用原位雜交確定cyp3a65在0-168 hpf野生型斑馬魚胚胎的表達(dá)部位。通過檢測各時(shí)間點(diǎn)cyp3a65的轉(zhuǎn)錄水平，評估cyp3a65在0-168 hpf表達(dá)量的變化。建立BDE47(1μM)經(jīng)水體染毒模型，運(yùn)用原位雜交技術(shù)和Real-time PCR檢測cyp3a65在各時(shí)間點(diǎn)和器官表達(dá)量的變化。
　　結(jié)果:斑馬魚胚胎整體原位雜交結(jié)果顯示，cyp

5、3a65主要表達(dá)于斑馬魚的肝臟和腸道。cyp3a65從72 hpf開始微量表達(dá)，其表達(dá)量自96 hpf起明顯增加。Real-time PCR結(jié)果也顯示，cyp3a65的表達(dá)在96-144 hpf呈現(xiàn)顯著上升趨勢，但在144 hpf之后進(jìn)入平臺期。1μM的BDE47能夠誘導(dǎo)cyp3a65表達(dá)。原位雜交實(shí)驗(yàn)顯示，該誘導(dǎo)作用在72-120hpf十分顯著，但在144-168 hpf，BDE47對cyp3a65表達(dá)量的影響不明顯。該效應(yīng)同樣被Re

6、al-time PCR實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其原因可能是斑馬魚胚胎體內(nèi)cyp3a65在144 hpf的表達(dá)量已經(jīng)達(dá)到了峰值。
　　第二部分 cyp3a65對BDE47所致斑馬魚胚胎發(fā)育異常的影響
　　目的:評價(jià)BDE47對斑馬魚胚胎發(fā)育的影響以及cyp3a65在其中的作用。
　　方法:運(yùn)用嗎啉反義寡核苷酸(morpholino antisense oligos，簡稱morpholino)技術(shù)對斑馬魚胚胎的cyp3a65進(jìn)行敲降?；?/p>

7、于野生型(WT)和cyp3a65敲降胚胎(MO)建立BDE47（0、0.5、1.0μM）經(jīng)水體染毒模型，觀察0-168 hpf斑馬魚胚胎的主要毒性終點(diǎn)指標(biāo)，包括自發(fā)活動、孵化率、畸形率、死亡率。此外，采用行為學(xué)分析系統(tǒng)檢測120 hpf各組胚胎的平均運(yùn)動速度、平均活動性和總移動距離，以此評估胚胎的神經(jīng)發(fā)育狀態(tài)。通過對比BDE47處理下WT和MO組胚胎發(fā)育的表型差異，探究cyp3a65在BDE47所致斑馬魚胚胎發(fā)育異常中的作用。
　

8、　結(jié)果:與溶劑對照相比，BDE47沒有改變斑馬魚胚胎包膜內(nèi)自發(fā)活動的頻率，但使斑馬魚胚胎在48-62 hpf發(fā)生孵化延遲。此外，BDE47處理組胚胎從72 hpf開始出現(xiàn)背向彎曲，畸形數(shù)量隨染毒劑量增加而增加。在168 hpf，0.5和1μMBDE47處理的WT組(BDE47/WT)胚胎畸形率分別約為27.8％和68.0％，而溶劑對照組沒有出現(xiàn)任何畸形胚胎。另外，BDE47組斑馬魚胚胎的死亡率也呈現(xiàn)出劑量和時(shí)間依賴趨勢，0.5和1μM處

9、理組胚胎死亡率在168hpf分別為6.4％和16.8％。然而，敲降cyp3a65后，暴露于5μM BDE47的MO組(BDE47/MO)胚胎畸形率始終低于WT組(120 hpf，18％ vs100％)。120 hpf胚胎的行為學(xué)分析結(jié)果顯示，對照組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動速度在光照與黑暗中分別約為0.25mm/s和2mm/s，BDE47/WT組的始終保持于0.8 mm/s左右。然而，BDE47/MO組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動速度恢復(fù)為在光照與黑

10、暗中分別為0.4 mm/s和1.6mm/s。此外，本實(shí)驗(yàn)中胚胎運(yùn)動的活動性和移動距離也呈現(xiàn)出類似速度的趨勢。對照組活動性和移動距離均在光照中低，黑暗中高，BDE47/WT組的活動性和移動距離始終保持于較低水平，BDE47/MO組的則恢復(fù)至接近對照組的水平。
　　第三部分 BDE47所致斑馬魚胚胎發(fā)育異常的氧化損傷機(jī)制
　　目的:分析BDE47所致斑馬魚胚胎的氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡以及抗氧化劑干預(yù)對BDE47所致發(fā)育毒性的影響，探

11、討氧化應(yīng)激在BDE47所致斑馬魚胚胎發(fā)育異常中的作用。
　　方法:運(yùn)用BDE47和抗氧化劑(NAC或ISL)共同處理斑馬魚胚胎，分別檢測BDE47單獨(dú)或與抗氧化劑聯(lián)合暴露條件下，斑馬魚胚胎體內(nèi)活性氧(reactiveoxygen species，ROS)的產(chǎn)量、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性，抗氧化相關(guān)基因(Cu/zn-sod、Mn-sod、Cat)和細(xì)胞凋亡相關(guān)基因(p53、Bax、Bcl-2、caspas

12、e3、caspase9等)轉(zhuǎn)錄水平的變化，并且運(yùn)用吖啶橙染色檢測斑馬魚胚胎整體的凋亡細(xì)胞。采用行為學(xué)分析系統(tǒng)檢測各組胚胎在120 hpf的平均運(yùn)動速度、平均活動性和總移動距離，評價(jià)斑馬魚胚胎神經(jīng)發(fā)育狀況。
　　結(jié)果:1和10μM BDE47導(dǎo)致120hpf斑馬魚幼苗體內(nèi)產(chǎn)生過量ROS，并呈現(xiàn)出劑量依賴性。BDE47能顯著下調(diào)抗氧化相關(guān)基因Cu/zn-sod和Cat的轉(zhuǎn)錄、上調(diào)Mn-sod的轉(zhuǎn)錄。同時(shí)，BDE47顯著降低抗氧化酶SO

13、D和CAT的活性。此外，BDE47通過上調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)基因p53、Caspase3、Caspase9、Puma，下調(diào)Bcl-2/Bax引起斑馬魚胚胎體內(nèi)細(xì)胞凋亡。然而，抗氧化劑(NAC或ISL)顯著減少BDE47所致畸形數(shù)量。在120 hpf，BDE47處理組畸形率高達(dá)90％，NAC/BDE47和ISL/BDE47聯(lián)合處理組的畸形率分別為30％和28％。 NAC/BDE47和ISL/BDE47兩組抗氧化酶SOD和CAT的活性均明顯高于B

14、DE47處理組。此外，NAC和ISL通過下調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)基因p53、Bax、Caspase3和Caspase9盼轉(zhuǎn)錄顯著減少暴露于BDE47的幼苗體內(nèi)的凋亡細(xì)胞。行為學(xué)分析結(jié)果顯示，對照組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動速度在光照與黑暗中分別約為0.45mm/s和1.5 mm/s，BDE47/WT組的始終保持于0.8 mm/s左右。然而，NAC/BDE47和ISL/BDE47組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動速度恢復(fù)為在光照下0.7、0.5 mm/s，黑暗中分

15、別為1.0、1.2 mm/s。此外，幼苗運(yùn)動的活動性和移動距離也呈現(xiàn)出類似速度的趨勢。對照組活動性和移動距離均在光照中低，黑暗中高，BDE47處理組的活動性和移動距離始終保持于較低水平，NAC/BDE47和ISL/BDE47組的則恢復(fù)至接近對照組的水平。
　　結(jié)論：
　　本研究在評價(jià)斑馬魚cyp3a65表達(dá)的基礎(chǔ)上，利用敲降cyp3a65以及抗氧化劑，分別從生物轉(zhuǎn)化和氧化應(yīng)激角度探討了BDE47對斑馬魚胚胎早期發(fā)育的影響和機(jī)

16、制，獲得了如下結(jié)論:
　　1.cyp3a65主要表達(dá)于斑馬魚的肝臟和腸道，從72 hpf起表達(dá)，表達(dá)量隨時(shí)間推移而增加，在144 hpf達(dá)到峰值。BDE47能夠顯著誘導(dǎo)cyp3a65表達(dá)。
　　2.BDE47導(dǎo)致斑馬魚胚胎暫時(shí)性孵化遲滯、畸形和死亡增加。BDE47所致斑馬魚胚胎畸形主要為背向彎曲，并可導(dǎo)致胚胎神經(jīng)發(fā)育異常。敲降cyp3a65能明顯降低BDE47對胚胎的毒性作用，提示cyp3a65的表達(dá)能增強(qiáng)BDE47所致的斑