精神类药物卡马西平及奥卡西平对斑马鱼免疫系统的影响及作用机理研究

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药物与个人护理品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)是环境中新兴有机污染物的重要组成部分,使用后被源源不断释放到环境中使其成为“伪持久性”污染物。在社会的快速发展和压力下,情绪问题越来越常见,卡马西平(carbamazepine,CBZ)和奥卡西平(oxcarbazepine,OXZ)作为常用的情绪稳定剂其使用量不断增加,对生物的风险也会增加。尽管环境浓度水平下的CBZ急性风险低,但其在低浓度时仍具有内分泌干扰效应,与之类似的免疫毒性也不容忽视,而OXZ与CBZ有类似的结构,作为CBZ的过敏替代物可能具有类似效应。免疫系统作为抵抗外来侵害的重要防御系统,对鱼类的生存和生长至关重要。化合物在环境中造成的危害可能不是直接作用于生物体而是影响了生物体的防御能力,使得本没有危害的污染物和细菌变得有威胁。化合物对免疫系统的影响包括对先天免疫系统、成熟免疫系统及对免疫系统发育和防御力的影响,而且这些影响可能会通过亲本传递给后代,导致后代免疫功能紊乱,这些都是需要重点关注的部分。目前,关于CBZ和OXZ对免疫系统的影响尚未有过研究,需要补充。鉴于模式生物斑马鱼提供了仅具有先天免疫系统的时间段,本研究利用斑马鱼开展亲本两代暴露实验,研究目标化合物对免疫系统的影响。F0代成年斑马鱼暴露21天后产下F1代斑马鱼,对F1代斑马鱼进行了长达21天(CBZ)和44天(OXZ)的暴露实验,涵盖斑马鱼免疫系统发育的重要时期,之后设置暴露组和恢复组,并在免疫系统发育的关键时间节点4dpf、19dpf和42dpf加入脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)联合暴露至5dpf、21dpf和44dpf进行取样,旨在评估:CBZ和OXZ(1)对斑马鱼免疫系统不同发育阶段的影响;(2)对F1代斑马鱼免疫系统防御细菌的影响;(3)是否会产生传代的免疫影响,并探究上述免疫影响的作用机理。CBZ的暴露浓度为1μg/L、10μg/L、100μg/L,OXZ为1.067μg/L、10.67μg/L、106.7μg/L。暴露后,通过在个体、组织、基因等多层次上研究CBZ和OXZ对F0代斑马鱼和F1代斑马鱼免疫系统的影响,主要得到以下结论:(1)CBZ和OXZ通过抑制抗氧化防御系统并通过TLR信号通路引发炎症反应影响了免疫系统,这可能导致了肝脏炎症和氧化应激进而导致肝组织病理学变化。此外,CBZ和OXZ还导致了F0代斑马鱼产卵量降低。(2)CBZ通过对5dpf斑马鱼激活炎症反应、抑制5dpf和21dpf的抗氧化防御系统和TLR受体信号通路对F1代斑马鱼产生免疫影响。与CBZ的效应相似,除44dpf时TLR信号通路的抑制效应集中在1.067μg/L和10.67μg/L浓度,OXZ在三个浓度下通过抑制F1代斑马鱼呼吸爆发、抗氧化防御系统和TLR信号通路产生免疫影响,并在5dpf和21dpf激活了炎症反应。此外,CBZ和OXZ在高浓度下通过抑制淋巴细胞和早期血细胞分化因子抑制了斑马鱼适应性免疫系统的发育。此外,CBZ和OXZ还通过抑制抗氧化防御系统、TLR信号通路等影响了免疫系统对细菌的防御力,最终CBZ通过影响斑马鱼免疫系统使其对病菌的抵抗力降低而导致运动轨迹和呼吸爆发活性改变。而CBZ和OXZ对存活率的影响与LPS无关。(3)CBZ和OXZ产生了传代的免疫影响。暴露CBZ和OXZ的后代,恢复组中5dpf斑马鱼呼吸爆发改变、抗氧化应激系统和TLR信号通路被抑制,使得免疫系统受损并且抵抗力降低。此外,对免疫系统本身的影响在21天基本被修复,但高浓度下对免疫系统识别细菌的影响则依旧存在,CBZ和OXZ对免疫防御的传代影响值得关注。综上所述,环境浓度下的CBZ和OXZ会对斑马鱼不同发育阶段的免疫系统造成影响,降低斑马鱼的抵抗力,甚至造成传代的免疫影响。因此深入研究环境中PPCPs的免疫毒性对于全面认识其生态危害,维持生态系统安全十分必要。
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