基于代谢组学技术分析磷酸三苯酯诱导斑马鱼胚胎发育毒性的分子机制

磷酸三苯酯(TPhP)是广泛存在于环境介质和生物体内的一种典型有机磷阻燃剂。为探求TPhP诱发水生动物发育毒性的分子机制,本研究以斑马鱼为模式动物,将发育至2.5 hpf (hours post fertilization)的斑马鱼胚胎暴露于0.0025、0.1、1、10、100和1 000μg·L~(-1)TPhP溶液至7 dpf (days post fertilization),考察斑马鱼胚胎生长发育指标和线粒体功能的变化,通过代谢组学分析揭示相关分子机制。结果表明,环境相关浓度(0.0025、0.1和1μg·L~(-1)) TPhP对斑马鱼胚胎发育无显著影响,但是轻微干扰了斑马鱼的代谢过程。100和1 000μg·L~(-1)TPhP暴露引起斑马鱼心跳速率、孵化率和线粒体膜电位明显下调,畸形率分别增加6.8倍和12.5倍,死亡率分别增加7.2倍和16.5倍。代谢组学分析发现,10、100和1 000μg·L~(-1)TPhP显著抑制斑马鱼氨基酸代谢,降低缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸水平,抑制氨酰-tRNA生物合成过程;同时引起葡萄糖糖酵解过程和三羧酸循环发生障碍。氨基酸和糖代谢异常可能是TPhP引起斑马鱼发育畸形的主要原因,线粒体功能紊乱可能是TPhP诱发三羧酸循环障碍的原因。上述研究结果为TPhP发育毒性机制分析提供了新思路。     

微塑料对斑马鱼胚胎孵化影响及其在幼鱼肠道中的积累

微塑料在环境中的广泛存在引起了研究者对其潜在的生物影响的关注.为评价微塑料对水生生物的影响,本文以模式生物斑马鱼胚胎及其幼鱼为研究对象,探究了两种粒径不同的微塑料：粒径0.5 μm的红色荧光标记聚苯乙烯微塑料（0.5RF-PM）和粒径10 μm的绿色荧光标记聚苯乙烯微塑料（10GF-PM）对斑马鱼胚胎发育的影响及其在出生后5 d的斑马鱼幼鱼肠道中的积累.结果表明,10GF-PM对出生后3 d胚胎孵化没有影响,0.5RF-PM在500 mg·L^-1时对胚胎孵化抑制率达37%;10GF-PM溶液浓度为10、100、200和500 mg·L^-1时,出生后5 d幼鱼平均存活率分别为80%、54%、44%和41%;对应浓度0.5RF-PM暴露溶液中,幼鱼平均存活率分别为62%、37%、25%和12%.暴露在10、100和500 mg·L^-1的10GF-PM溶液中0.5 h,幼鱼肠胃道中微塑料荧光值分别是0.06、0.53和1.84,对应浓度0.5RF-PM暴露溶液中,荧光值分别是0.63、2.32和3.45.将暴露的幼鱼转移至清水中,1 h内可观察到微塑料通过肠道排出体外,持续放置24 h后,对应GF-PM暴露幼鱼肠道内微塑料荧光值分别是0.03、0.08和0.56,对应RF-PM暴露幼鱼肠道内微塑料荧光值分别是0.06、0.41和1.56.微塑料对斑马鱼的影响与浓度和粒径有关：浓度越高,胚胎孵化率和幼鱼成活率越低;粒径越小,越容易在肠胃道内积累.     

4-氯-3-甲基苯酚(PCMC)暴露对成年斑马鱼内源性物质的影响

建立了4-氯-3-甲基苯酚（PCMC）的水生生物斑马鱼暴露毒理学模型,研究了斑马鱼PCMC暴露后内源性代谢物的变化.同时,在斑马鱼PCMC半数致死浓度LC₅₀的基础上,以1/10 LC₅₀为暴露浓度进行代谢组学分析.最后,经超高效液相色谱串联三重四级杆飞行时间质谱（UHPLC-Triple-TOF-MS）检测,结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）进行代谢谱分析.结果发现,空白对照组和暴露组在代谢水平上有明显差异.进一步分析后筛选出9种上调物质和11种下调物质作为潜在生物标志物,主要包括氨基酸、嘌呤、糖类和脂质.根据差异代谢物生理功能分析发现,PCMC主要通过影响嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、淀粉和蔗糖代谢、组氨酸代谢、丙酮酸代谢及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成,对斑马鱼的心血管系统、神经系统、蛋白代谢和能量代谢等方面产生毒性效应.本研究建立的代谢组学方法能全面评价氯酚类消毒剂对水生生物的毒性效应,为进一步阐明氯酚类消毒剂的毒性机制提供了理论基础.     

磷石膏浸出液对斑马鱼的急性毒性及氧化应激损伤

以斑马鱼（Danio rerio）为受试鱼种,研究了磷石膏浸出液对水生生物的急性毒性及亚致死浓度下对斑马鱼肝脏、肌肉和鳃中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）和丙二醛（MDA）的影响,以及96 h后肝脏和鳃组织病理变化.结果表明,磷石膏浸出液中总磷、氟化物和Cd、Cr、Pb、Hg浓度超出地表水V类水标准,其对斑马鱼的毒性较强,96 h半数致死浓度（LC₅₀）为6.5%（体积分数）.慢性毒性实验显示,随暴露时间延长,各组织内3种抗氧化酶活性变化趋势不完全一致,但高浓度（0.65%和3.25%）暴露后期（72 h和96 h）几乎均受到显著抑制,其中,SOD对浸出液的敏感性最高;MDA含量变化规律较为一致,随浸出液浓度增加而升高,肝脏、肌肉和鳃中MDA最高含量均出现在72 h,分别是空白对照组的1.8、1.6和2.1倍,至96 h时略有降低,但仍显著高于对照组.各浓度组暴露96 h后,肝细胞窦间隙扩大,肝巨噬细胞增多,细胞核固缩,部分细胞质空泡化,组织水肿;鳃组织出现上皮细胞增生、脱落,鳃丝充血,鳃小片弯曲变形等现象.综上,未加处理的磷石膏浸出液已超出斑马鱼耐受极限,任其排入环境具有潜在的生态风险.     

高残留农药福美双对斑马鱼胚胎脊索的特异性影响

福美双在我国是一种广泛使用的二硫代甲氨基甲酸盐类农药,它的高残留性已经引起世界各国的重视. 以斑马鱼胚胎作为试验动物模型,从分子水平探讨了福美双对胚胎脊索弯曲的毒性作用机制.结果表明,福美双造成斑马鱼胚胎脊索弯曲与重叠等形态学变化,脊索弯曲程度与福美双的染毒浓度呈正相关. 通过Ⅱ型胶原蛋白抗体染色表明,福美双引起软骨发育的变化与Ⅱ型胶原蛋白表达的降低密切相关. 试验进一步表明,斑马鱼胚胎适合作为农药毒性评价的模型.      

苯并三唑和镉对斑马鱼肝脏的联合毒性效应

采用转基因斑马鱼Tg (lfabp10a: dsRed; elaA:EGFP)为模型,探讨了环境中苯并三唑及其衍生物(BTRs)与重金属镉对斑马鱼的单独与联合肝脏毒性效应.结果表明,0.001~0.1μmol/L CdCl2单独暴露使斑马鱼肝脏结合蛋白基因lfabp10a表达量增强,肝脏尺寸相对空白对照组显著膨大(P<0.005),而1μmol/L CdCl2显著抑制斑马鱼lfabp10a的表达,肝脏尺寸相对空白对照组显著降低(P<0.005).苯并三唑(1H-BTR,1H-benzotriazole)相对CdCl2而言毒性较低,5 μmol/L 1H-BTR暴露时斑马鱼肝脏lfabp10a表达量增强(P=0.000).联合暴露研究发现,1H-BTR能显著降低重金属镉对斑马鱼的肝脏毒性.因此, 苯并三唑在环境污染物毒性评价中具有重要意义.     

Antioxidant enzymatic activities and lipid peroxidation in liver and ovary of zebrafish (Danio rerio) exposed to deltamethrin

Deltamethrin (DM) is being used as a substitute for organochlorines and organophosphates in pest control because of its low environmental persistence and toxicity. But it has become an environmental contaminant as it has been used widely. In this study, we investigated the effect of DM (technical grade) on the antioxidant system of adult zebrafish. For this, six-month-old fish were exposed to 2, 4 and 6?μg/L of DM for 96?h. The tissues selected were liver and ovary. Our data showed that exposure to DM increases CAT (catalase), SOD (superoxide dismutase), GPx (glutathione peroxidase, antioxidant enzymes), LPO (lipid peroxidation, non-enzymatic antioxidant) and GST (glutathione S-transferase, detoxifying enzyme) in liver and ovary. Increased GST could detoxify the toxicant; still there could be enough DM to cause oxidative stress. It appears from our study that zebrafish used compensatory mechanisms in eliminating reactive oxygen species. These data will be useful as oxidative stress is being used as a biomarker for aquatic pollution.     

吡唑醚菌酯对不同阶段斑马鱼的毒性效应评价

为评价吡唑醚菌酯对鱼类不同生命阶段的毒性效应,以斑马鱼(Brachydanio rerio)为测试生物,测定了其对斑马鱼胚胎、仔鱼(孵化3 d和孵化12 d)和成鱼的急性毒性及对胚胎和仔鱼(孵化3 d)的发育毒性。结果表明,吡唑醚菌酯对斑马鱼胚胎、仔鱼(孵化3 d)、仔鱼(孵化12 d)和成鱼的96 h-LC50分别为0.0578(0.0540~0.0631)、0.0299(0.0282~0.0320)、0.0330(0.0310~0.0350)和0.0756(0.0692~0.0862)mg·L-1,其毒性大小依次为仔鱼(孵化3 d)仔鱼(孵化12 d)胚胎成鱼。与对照组相比,吡唑醚菌酯0.101 mg·L-1处理,可对斑马鱼胚胎24 h自主运动产生显著抑制作用;0.0609、0.0777和0.101 mg·L-1处理,可对斑马鱼胚胎48h心跳速率产生显著抑制作用;0.0609和0.0777 mg·L-1处理,可对斑马鱼胚胎96 h孵化仔鱼体长产生显著抑制作用。在供试浓度下吡唑醚菌酯暴露96 h后,均可对斑马鱼仔鱼(孵化3 d)体重和体长产生明显的抑制效应,对斑马鱼仔鱼(孵化3 d)心跳未产生明显影响。在高浓度下,吡唑醚菌酯可诱导斑马鱼胚胎产生畸形,主要包括心包水肿、卵黄囊水肿等;而对仔鱼(孵化3 d)未观察到明显的致畸效应。     

nano-ZnO对斑马鱼鱼鳔发育毒性效应研究

根据鱼鳔发育的不同阶段,从受精后0 h(0 hours post fertilization, 0 hpf)开始对5个发育阶段(0 hpf～孵化前、0～120 hpf、0～168 hpf、孵化后～120 hpf、120～168 hpf)的斑马鱼进行nano-ZnO暴露实验,研究不同浓度的nano-ZnO对斑马鱼鱼鳔的影响.结果表明,nano-ZnO悬浮液中溶解的Zn~(2+)不是导致斑马鱼死亡和鱼鳔缺损的唯一或主要原因.nano-ZnO暴露浓度越高,斑马鱼的死亡率和鱼鳔缺损率越高,存在剂量-效应关系.15 mg·L~(-1) nano-ZnO可造成90%的斑马鱼鱼鳔缺损和死亡,10 mg·L~(-1) nano-ZnO可导致斑马鱼鱼鳔面积缩小70%.斑马鱼鱼鳔早期发育阶段(0～168 hpf)对nano-ZnO敏感度大小为:出芽阶段(0 hpf～孵化前)充气阶段(孵化后～120 hpf)充气完成阶段(120～168 hpf).斑马鱼鱼鳔的发育面积和发育时间也受nano-ZnO暴露染毒的影响而发生变化.斑马鱼死亡率和鱼鳔缺损率(鱼鳔发育)之间存在相关性(r=0.978,p0.01).这表明斑马鱼鱼鳔的发育缺损是造成斑马鱼胚胎死亡的主要原因之一,但nano-ZnO对斑马鱼鱼鳔的影响机理,尤其是对鱼鳔出芽阶段和充气阶段的致毒机理需要进一步研究.     

β-Glucuronidase activity in mouse oocytes,mouse preimplantation embryos,and human gametes

A microfluorimetric assay was designed to monitor β-glucuronidase (β-gluc) activity during the early development of mouse embryos and was also applied to measure β-gluc activity in human sperm cells and single human oocytes. Mouse oocytes and preimplantation embryos at different stages of development, failed fertilized human oocytes, and human sperm cells were collected, and β-gluc activity was analysed. In the mouse, β-gluc activity could be measured starting from the morula stage on in a pooled sample of 15 embryos and at blasto-cyst formation in one single embryo. β-Gluc activity was low in human sperm cells. The enzyme could be readily demonstrated in 87 per cent of non-fertilized human oocytes. Considerable variation in β-gluc activity was noticed between individual oocytes.