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多氯联苯(Polychlorinatedbiphenyls,PCBs)是最难以降解的持久性有机污染物之一。有关PCB的生殖毒性效应及机制已开展了较多的研究,但PCB对附睾的毒性效应及机制还不清楚。本研究以C57BL/6品系青春期雄性小鼠为研究对象,以商品化的Aroclor1254为PCB代表,研究环境水平的PCB暴露(0.5、5、50和500μg/kg)对附睾的毒性效应及机制。
青春期雄性小鼠在Aroclor1254暴露50天后,其体重、睾丸和附睾重量没有显著性变化,精子密度、精子活力以及顶体酶活性呈现剂量依赖性下降,精子畸形率呈现剂量依赖性上升。血清中的雌激素水平表现出剂量依赖性的下降,雄激素的水平没有表现出显著性的变化。Westernblot检测的结果显示:附睾中的雌激素受体α(Estrogenreceptorα,ERα)和雌激素受体β(Estrogenreceptorβ,ERα)并无显著性变化,而雄激素受体在500μg/kg组表现出显著性下降,提示Aroclor1254对附睾表现出抗雄激素效应。
利用cDNA微阵列(Microarray)技术研究附睾头部在低浓度(5μg/kg)和高浓度(500μg/kg)Aroclor1254暴露下基因的差异表达,结果显示:共筛选出2350个差异表达基因,其中低浓度组引起附睾头部572个基因的差异表达,包括上调基因212个,下调基因360个;高浓度组引起附睾头部1769个基因的差异表达,其中上调基因433个,下调基因1336个。应用实时荧光定量PCR(Real-timefluorescentquantitativePCR,Real-timePCR)对部分差异表达基因进行了mRNA水平的验证,结果证明了芯片检测的可靠性。进一步应用分子注释系统(MoleculeAnnotationSystem,MAS),结合功能注释聚类(FunctionalAnnotationClustering)以及聚类分析(Clustering)等生物信息技术,对差异表达基因信息和功能以及所参与的信号通路进行挖掘和注释,得到差异基因中最为显著的功能类别和信号通路,其中涵盖了GTP结合、核小体组装、能量代谢、RNA加工等方面。为进一步探索PCB对附睾的毒性效应机制提供了依据。
根据功能注释聚类的结果,发现与GTP结合相关的基因在高浓度Aroclor1254暴露后表现出最高的富集度(Enrichmentscore),表明相关基因的表达变化是Aroclor1254暴露作用于附睾表达谱的最显著的效应之一。MAS分析表明相关基因的功能包括了紧密连接和肌动蛋白细胞骨架的调控。Westernblot检测表明相关的小GTP结合蛋白,如K-ras、CdeA2以及RhoA等的表达水平在PCB暴露后表现出显著性的下调。小GTP结合蛋白通过调节肌球蛋白调节轻链(Myosinregulatorylightchain,MRLC)和丝切蛋白(Cofilin)的磷酸化水平来调节紧张纤维的收缩和肌动蛋白聚合的稳定性。Westernblot结果表明MRLC磷酸化水平上升而Cofilin磷酸化水平下降,提示紧张纤维的收缩加强、肌动蛋白聚合的稳定性增加。
小GTP结合蛋白表达的变化和纤维的收缩加强提示紧密连接功能的改变。Westemblot结果表明紧密连接的组成蛋白(胞质紧密粘连蛋白1)ZO-I在500μg/kgPCB暴露下表现出显著性的下调。免疫组化结果表明定位与细胞顶端连接的ZO-1染色并没有明显的变化。免疫共沉淀的结果表明,Occludin的酪氨酸磷酸化的水平上升。电镜下的硝酸镧示踪提示紧密连接的透过性增加。紧密连接的透过性关系到精子成熟环境的维持,PCB暴露对紧密连接的影响提示了PCB对生殖毒性的新机制。
对低浓度和高浓度都能够显著性诱导的差异基因进行基因分类学注释(GeneOntology,GO),选取GO注释包括细胞外空间(Extracelluarspace或Extracelluarregion)为候选标志物。从中选取鞘脂激活蛋白原(Prosaposin,Psap)进行蛋白表达水平的验证。将Psap表达水平与精子指标和肝脏中的PCB浓度建立相关性,结果表明Psap表达与PCB浓度以及精子畸形率负相关而与精子活力正相关。提示Psap可能作为PCB暴露和雄性生殖毒性的候选标志物。