腐殖酸对亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化过程的生物作用机理研究

腐殖酸（Humic acid,HA）是土壤和沉积物中天然有机物的氧化还原产物,其独特的醌官能团可作为电子受体或电子穿梭器,与自然界中的甲烷厌氧氧化（Anaerobic Oxidation of Methane,AOM）过程耦合.反硝化型甲烷厌氧氧化（Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation,DAMO）是以硝酸盐/亚硝酸盐作为电子受体的甲烷厌氧氧化与反硝化耦合过程.研究发现,许多自然生境中HA与N-DAMO系统共存.本研究以亚硝酸盐依赖型甲烷厌氧氧化（N-DAMO）系统为研究对象,考察750 mg·L^-1（促进）和2000 mg·L^-1（抑制）的HA对该系统的生物作用机理.研究结果表明,当外源腐殖酸存在时,系统中挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acid, VFA）含量明显降低,并促进了胞外聚合物（Extracellular polymers,EPS）的分泌.在高浓度HA影响下,细胞形态会发生变化.腐殖酸的加入导致N-DAMO系统菌群结构也发生了变化,OTU指数和Shannon指数分析结果显示促进组的生物多样性较空白组显著增加,而抑制组的生物多样性则较空白组显著降低,但优势菌种始终是Proteobacteria和Chloroflexi,并且Chloroflexi和Firmicutes丰度有所增加.宏基组测序结果发现促进组的氮代谢基因（NirK、NirS和NOD）丰度高于对照组,腐殖酸的加入会导致NO歧化作用的增强,与N₂O还原相关的基因（NosZ）受到了外源腐殖酸的抑制,且浓度越高越显著,导致了N₂O的累积.促进组和抑制组的甲烷代谢基因（pmoABC、mdhA和FDH）丰度均有提高,基因丰度的改变影响了N-DAMO系统反应代谢途径.     

砷化合物的摄入调控机制

流行病学结果显示慢性砷暴露可导致人群罹患皮肤癌、膀胱癌、肺癌等恶性疾病,但其致毒/癌机制尚不明确。目前关于砷暴露致毒/癌机理的讨论主要集中在砷的胞内作用途径,而较少关注砷摄入调控过程对其暴露致毒/癌的贡献。在生理条件下,部分砷化合物由于结构与磷酸根、葡萄糖、甘油等天然底物相近,可借由相应的载体被细胞摄入,摄入途径和效率存在显著的砷形态依赖性。此外,砷化合物的生物毒性效应与其赋存形态直接相关。可见,砷的摄入调控对于砷的暴露致毒/癌具有重要作用。本文主要综述了在哺乳动物体系中不同砷形态的摄入载体、载体调控及对应的砷摄入分布、效率和暴露毒性,在此基础上,强调了以往在砷致毒/癌机制研究中被忽视的砷摄入调控途径。然而,砷摄入调控过程中的诸多重要环节如砷胁迫下的摄入启动和调控机制等都是空白,需进一步系统深入地研究,为深入理解砷的致毒机制提供了新的视角和研究思路。     

纳米二氧化铈的潜在生态风险及毒性作用机制研究进展

作为重要的纳米稀土化合物,纳米二氧化铈（CeO₂）被广泛应用于工、农、医学等领域,随之而来的是大量的纳米CeO₂在其生产使用和处理处置等过程中被释放进入到环境中,进而导致其生物安全性受到越来越多的关注。本文从纳米CeO₂对细胞、组织器官、植物、水生生物和土壤生物产生的毒性效应入手,系统综述了纳米CeO₂的潜在环境生态风险;进一步从物理损伤和化学抑制2个方面剖析了纳米CeO₂的生物毒性作用机制;最后基于已有的关于纳米CeO₂生态风险的研究中存在的不足对未来发展方向进行了展望。本文旨在为纳米CeO₂的生态安全评价提供理论基础和科学依据。     

新烟碱类杀虫剂吡虫啉和啶虫脒对人神经母细胞瘤SK-N-SH细胞的毒性作用

吡虫啉和啶虫脒是目前使用较广的2种新烟碱类杀虫剂,它们在环境、食品和人体样品中的普遍残留,对人体健康构成威胁,但目前关于其对人的神经毒性仍知之甚少。本文以人神经母细胞瘤SK-N-SH细胞为模型,采用体外细胞实验,研究不同浓度吡虫啉和啶虫脒暴露对细胞活力、细胞形态、烟碱型乙酰胆碱受体（nAChRs）α7亚基的mRNA和蛋白表达、乙酰胆碱酯酶活性以及氧化应激的影响,为这2种杀虫剂的健康风险评价提供依据。实验中,先将SK-N-SH细胞分别暴露于不同浓度的吡虫啉和啶虫脒24 h,通过测定细胞活力,确定2种杀虫剂的10%抑制浓度（IC₁₀）值。在此基础上,设定3个梯度的低暴露浓度（0.01、0.1和1 mmol·L^-1）和溶剂对照,研究吡虫啉和啶虫脒对SK-N-SH细胞其他指标的影响（暴露24 h后）。细胞活力、氧化损伤和乙酰胆碱酯酶活性分别用相应的试剂盒测定,细胞形态用倒置光学显微镜观察,nAChRs α7亚基的mRNA和蛋白表达分别用RT-qPCR和Western Blot测定。结果表明,吡虫啉和啶虫脒的IC₁₀值分别约为1.5 mmol·L^-1和2.0 mmol·L^-1。1 mmol·L^-1吡虫啉对nAChR α7的mRNA表达和蛋白表达均显著提高,对乙酰胆碱酯酶活性有显著抑制,并引起细胞显著的氧化应激（P<0.05）。0.1 mmol·L^-1吡虫啉对乙酰胆碱酯酶活性有显著抑制（P<0.05）。1 mmol·L^-1啶虫脒对nAChR α7的mRNA表达和蛋白表达均有显著提高（P<0.05）。为进一步揭示吡虫啉的影响,对0.1 mmol·L^-1吡虫啉暴露组和溶剂对照组细胞进行了转录组分析,发现吡虫啉暴露对一些神经退行性疾病相关基因及其他一些重要通路相关基因有显著影响。本研究证明,吡虫啉和啶虫脒在非致死浓度条件下会对细胞产生一系列显著影响,吡虫啉的影响大于啶虫脒。     

重金属人体生物有效性、吸收及毒性研究中的肠道细胞模型

重金属污染对人体健康产生极大威胁,因而备受关注。肠道吸收是人体重金属暴露的主要途径之一,因此,重金属的生物有效性、肠道吸收过程和毒性研究成为当前的研究热点。体外胃肠模拟法和动物模型被广泛用于重金属的相关研究,然而体外胃肠模拟法缺少人体肠道细胞成分,动物模型与人体存在着物种差异且实验成本高。鉴于此,研究者开发了能够部分模拟人体肠道上皮功能的体外肠道细胞模型。此模型作为研究生物有效性的重要工具,能模拟肠道对重金属的吸收转运过程,并能够结合分子生物学等技术、采用多学科交叉的研究方法探索重金属的肠吸收和肠毒性的分子机制。本文系统介绍了人肠上皮的结构功能、肠道上皮细胞对重金属吸收转运机制、肠道细胞模型的发展及其在重金属相关研究中的应用与优缺点,总结了肠细胞模型功能验证指标和优化方法。同时,还对肠道微流控培养系统（芯片肠道）和肠类器官等三维肠细胞模型技术的最新进展进行了介绍和展望。     

BPA暴露对本体和子代胰岛β细胞转录组差异对比分析

双酚A （BPA）作为一种典型的环境内分泌干扰物,与二型糖尿病和肥胖症等代谢类疾病密切相关.在这项研究中,旨在探讨BPA直接暴露以及围产期暴露对本体和子代胰岛β细胞影响的差异,从而实现对不同易感人群的精准预防与治疗.通过对GEO数据库中GSE126297和GSE82175两个数据集进行分析,共筛选出108个共有的差异基因,其中28个表达趋势一致,而另外80个表达趋势相反.随后对本体和子代单独的差异基因,以及共有差异基因进行了GO和KEGG对比分析.此外,利用String数据库和Cytoscape分析PPI网络中的紧密联系的基因,并将其可视化,进一步从28个表达趋势一致的基因中筛选出相互作用最为紧密的基因集1（Iqgap2,Igf2r和Rab18）;从80个表达趋势相反的基因中筛选出相互作用紧密的基因集2（Polr2f,Ccnt2,Polr2e,Kdm7a,Fbl）和基因集3（Atp5g2,Atp5o和Ndufa6）.最后,通过GEPIA在线验证上述基因在胰腺癌样本中的表达,研究发现Rab18,Polr2f,Polr2e,Fbl,Atp5g2,Atp5o和Ndufa6在胰腺癌病例中的表达均显著上升.同时,上述基因在本体中呈现显著上升趋势,而对于子代,只有Rab18显著上升,其他基因则呈下降趋势.综上,BPA对本体和子代的影响有一定的关联,其中关联的关键基因的异常表达可能会增加本体罹患胰腺癌的风险,而对于子代则会影响代谢过程和细胞结构.     

F-53B对人肝癌细胞HepG2和Hep3B的细胞毒性效应研究

研究氯化多氟烷基醚磺酸（6：2 chlorinated polyfluorinated ether sulfonate,商品名F-53B）对人肝癌细胞HepG2和Hep3B的毒性效应,并初步探讨其作用机制。选择常用的全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate,PFOS）和全氟辛酸（perfluorooctanoic acid,PFOA）与F-53B同时进行毒性评估,检测细胞形态、细胞活力、凋亡、活性氧（reactive oxygen species,ROS）,过氧化氢酶（catalase,CAT）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、凋亡相关因子（Bax、Caspase-3、PARP、Caspase-9等）表达水平。F-53B对细胞活性具有明显的抑制作用且毒力显著大于PFOS,并呈剂量依赖性;F-53B显著诱导ROS释放和细胞凋亡,并降低了抗氧化酶CAT活性;进一步证明促凋亡相关因子（Bax、Caspase-3、PARP、Caspase-9）表达增加,抑制凋亡因子Bcl-2表达水平降低。F-53B可诱导细胞凋亡和氧化应激,且线粒体内在途径可能参与细胞毒性作用。     

典型有机磷阻燃剂对小鼠前脂肪细胞3T3-L1的CREB转录活性及成脂分化影响研究

有机磷阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)具有诱导小鼠前脂肪细胞3T3-L1分化为成熟脂肪细胞的能力,并促使细胞积累大量的甘油三酯(triglyceride,TG),因此被视为潜在的致肥胖污染物.目前,关于OPFRs诱导3T3-L1成脂分化的作用机制研究尚不充分,特别是在细胞分化早期阶段(诱导后0～2 d)污染物的影响作用仍然不明确.环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP response element-binding protein,CREB)是3T3-L1分化早期的关键调控因子.为了探究OPFRs在诱导0～2 d暴露对CREB转录活性的影响,本研究构建了基于环磷腺苷效应元件(cAMP response element,CRE)和pGL4.73质粒共转染的双荧光素酶报告基因方法.进一步对10种典型的OPFRs开展检测,发现10 μmol·L-1的2-乙基己基二苯基磷酸酯(EHDPP)、磷酸二(2-乙基己基)苯基酯(BEHPP)、磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)、磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-乙基己基)酯(TEHP)可显著上调分化早期3T3-L1细胞的CREB转录活性.此外,在诱导分化的0～2 d内,暴露于10 μmol·L-1的6种OPFRs(BEHPP、EHDPP、TEHP、TDCIPP、磷酸三(2-氯异丙基)酯(TCIPP)、TCEP)可显著增加细胞分化结束后的TG含量,且TG的生成量与分化早期CREB转录活性存在边缘显著水平(P=0.07)的正相关关系.本研究揭示了不同取代基结构的OPFRs对3T3-L1成脂分化早期阶段的差异化调控作用,增进了对OPFRs致肥胖效应的认识,并为评估OPFRs健康风险提供了重要的科学依据.     

聚苯乙烯纳塑料诱导Caco-2细胞氧化应激和线粒体损伤的研究

微/纳米塑料的潜在毒理效应及健康风险引起广泛关注.本研究以人结直肠腺癌细胞(Caco-2)为模型,研究聚苯乙烯纳米塑料(polystyrene nanoparticles,PS-NPs)的细胞毒性,从氧化应激和线粒体损伤角度探讨PS-NPs肠道毒性机制.结果表明PS-NPs暴露导致细胞形态改变,细胞活力下降,乳酸脱氢酶释放增加,确定其最低效应浓度是50 μg·mL-1.随着PS-NPs暴露浓度增加,细胞活性氧(reactive oxygen species,ROS)含量和丙二醛水平升高,线粒体膜电位水平降低、Ca2+超载、线粒体膜通透性转换孔开放、二磷酸腺苷/三磷酸腺苷比率(ADP/ATP)上升,最终细胞凋亡率增加.PS-NPs暴露浓度为200 μg·mL-1时,ROS含量升高至对照组的3.85倍;线粒体去极化程度降低至对照组的0.63倍;细胞凋亡率达到28.90％(P＜0.01).PS-NPs通过诱导细胞ROS生成,产生氧化应激,过量的ROS会对线粒体造成损伤,最终导致细胞凋亡率升高,因此氧化应激和线粒体损伤是PS-NPs引起细胞毒性的关键机制.本研究结果将为PS-NPs的肠道毒理效应和健康风险评估提供基础数据和科学依据.     

功能基因组学在环境化学品毒性机制研究中的应用

认识化学品的毒性机制是开展化学品健康风险评估的基础。掌握化学品有害效应的遗传易感性机制是开展精准的健康风险评估的前提。传统的毒理基因组学主要分析化学品暴露诱导的组学表达图谱,不能建立生物学表型与特定基因/通路表达的直接关联。功能基因组学通过敲除或者敲降全基因组或者特定的基因集,建立基因-化学品毒性的直接关联,进而研究化学品致毒的过程和机制,同时可以提供与化学品暴露的遗传易感性相关的分子响应信息。本论文综述了功能基因组学技术的原理及其主要发展,介绍了酵母、鸡DT40细胞和RNA干扰等功能基因组学测试方法的优缺点。同时,详述了CRISPR功能基因组学的原理和特点,以及其在化学品毒性机制研究中的应用,展望了联合应用分子流行病学和CRISPR功能基因组学,开展化学品有害效应的易感性机制研究。