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

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(cè)到的含量豐富的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的濃度與其出生體重呈負(fù)相關(guān),提示發(fā)育早期暴露于BDE47可能對(duì)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(duì)機(jī)體產(chǎn)生毒性作用的重要過(guò)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(guò)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。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(píng)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(duì)cyp3a65表達(dá)的影響,為評(píng)價(jià)BDE47對(duì)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(guò)檢測(cè)各時(shí)間點(diǎn)cyp3a65的轉(zhuǎn)錄水平,評(píng)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-timePCR檢測(cè)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,cyp3a65主要表達(dá)于斑馬魚的肝臟和腸道。cyp3a65從72 hpf開(kāi)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,cyp3a6 的表達(dá)在 96-144 hpf 呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì),但在144 hpf之后進(jìn)入平臺(tái)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72-120 hpf十分顯著,但在144-168 hpf,BDE47對(duì)cyp3a65表達(dá)量的影響不明顯。該效應(yīng)同樣被Real-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144hpf的表達(dá)量已經(jīng)達(dá)到了峰值。第二部分cyp3a65對(duì)BDE47所致斑馬魚胚胎發(fā)育異常的影響目的:評(píng)價(jià)BDE47對(duì)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(jiǎn)稱morpholino)技術(shù)對(duì)斑馬魚胚胎的cyp3a65進(jìn)行敲降。基于野生型(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0-168hpf斑馬魚胚胎的主要毒性終點(diǎn)指標(biāo),包括自發(fā)活動(dòng)、孵化率、畸形率、死亡率。此外,采用行為學(xué)分析系統(tǒng)檢測(cè)120hpf各組胚胎的平均運(yùn)動(dòng)速度、平均活動(dòng)性和總移動(dòng)距離,以此評(píng)估胚胎的神經(jīng)發(fā)育狀態(tài)。通過(guò)對(duì)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。結(jié)果:與溶劑對(duì)照相比,BDE47沒(méi)有改變斑馬魚胚胎包膜內(nèi)自發(fā)活動(dòng)的頻率,但使斑馬魚胚胎在48-62hpf發(fā)生孵化延遲。此外,BDE47處理組胚胎從72hpf開(kāi)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1μM BDE47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(duì)照組沒(méi)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(shì),0.5和1μM處理組胚胎死亡率在168 hpf分別為6.4%和16.8%。然而,敲降cyp3a65后,暴露于5μMBDE47的MO組(BDE47/MO)胚胎畸形率始終低于WT組(120 hpf,18%vs 100%)。120 hpf胚胎的行為學(xué)分析結(jié)果顯示,對(duì)照組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動(dòng)速度在光照與黑暗中分別約為0.25 mm/s和2mm/s,BDE47/WT組的始終保持于0.8mm/s左右。然而,BDE47/MO組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動(dòng)速度恢復(fù)為在光照與黑暗中分別為0.4 mm/s和1.6 mm/s。此外,本實(shí)驗(yàn)中胚胎運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)性和移動(dòng)距離也呈現(xiàn)出類似速度的趨勢(shì)。對(duì)照組活動(dòng)性和移動(dòng)距離均在光照中低,黑暗中高,BDE47/WT組的活動(dòng)性和移動(dòng)距離始終保持于較低水平,BDE47/MO組的則恢復(fù)至接近對(duì)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(duì)BDE47所致發(fā)育毒性的影響,探討氧化應(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(cè)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(reactive oxygen species,ROS)的產(chǎn)量、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化氫酶(CAT)的活性,抗氧化相關(guān)基因(Cu/zn-sod、Mn-sod、Car)和細(xì)胞凋亡相關(guān)基因(p53、Bax、Bcl-2、caspase3、caspase9等)轉(zhuǎn)錄水平的變化,并且運(yùn)用吖啶橙染色檢測(cè)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(cè)各組胚胎在120 hpf的平均運(yùn)動(dòng)速度、平均活動(dòng)性和總移動(dòng)距離,評(píng)價(jià)斑馬魚胚胎神經(jīng)發(fā)育狀況。結(jié)果:1和10μMBDE47導(dǎo)致120hpf斑馬魚幼苗體內(nèi)產(chǎn)生過(guò)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SOD和CAT的活性。此外,BDE47通過(guò)上調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)基因p53、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120hpf,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BDE47處理組。此外,NAC和ISL通過(guò)下調(diào)細(xì)胞凋亡相關(guān)基因p53、Bax、Caspase3和Caspase9的轉(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(duì)照組斑馬魚幼苗的平均運(yùn)動(dòng)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(dòng)速度恢復(fù)為在光照下0.7、0.5 mm/s,黑暗中分別為1.0、1.2mm/s。此外,幼苗運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)性和移動(dòng)距離也呈現(xiàn)出類似速度的趨勢(shì)。對(duì)照組活動(dòng)性和移動(dòng)距離均在光照中低,黑暗中高,BDE47處理組的活動(dòng)性和移動(dòng)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(duì)照組的水平。結(jié)論本研究在評(píng)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(duì)斑馬魚胚胎早期發(fā)育的影響和機(jī)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(duì)胚胎的毒性作用,提示cyp3a65的表達(dá)能增強(qiáng)BDE47所致的斑馬魚早期胚胎孵育毒性。3.BDE47通過(guò)誘導(dǎo)胚胎內(nèi)細(xì)胞產(chǎn)生過(guò)量ROS,激活p53/caspase信號(hào)通路,導(dǎo)致靶器官細(xì)胞凋亡,進(jìn)而產(chǎn)生發(fā)育毒性。有效的抗氧化劑NAC和ISL能夠明顯減輕BDE47所致形態(tài)畸形和行為異常,提示cyp3a65介導(dǎo)的BDE47的胚胎發(fā)育異常以氧化損傷為主。