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研究背景:双酚A(BPA)作为一类重要的双酚类化合物,广泛应用于工业生产等中,并在环境介质及人体中检测到其存在。而且,BPA作为一种环境污染物可对人体产生免疫,生殖,神经发育等毒性。所以,大量含BPA的产品已经被禁止生产使用。双酚S(BPS)和双酚F(BPF)是目前市面上广泛使用的BPA替代品。随着生产生活的发展,其用量越来越大,在环境介质中也都存在蓄积,但目前对BPS,BPF的研究主要集中在生殖毒性及内分泌干扰方面,对慢性暴露的神经行为及其机制的研究还较少,因此,我们系统研究环境剂量1nMBPA,BPS,BPF慢性暴露对亲代(F0)和子一代(F1)斑马鱼神经行为的影响及其可能机制进行探讨,这可为环境健康风险评估及生产条例的制定等提供理论依据,具有一定的现实意义。
研究方法:我们选取环境剂量1nMBPA,BPF,BPS为实验组,0.1%DMSO的养鱼水为单因素对照组,进行慢性暴露实验。本次研究可分为三个部分。(1)对F0和F1代成鱼进行生长发育及神经行为表型评价,并对F1代成鱼脑部神经发育,Wnt,K+,Ca2+通道相关基因(gap43、rab33、kctd13、mir-27a、nrxn2a、sv2、ryr1a、atp2a2a、ryr3、kcnab1a、kcnh4a、chd8、mir-23a)进行Q-PCR,分析其可能机制。(2)评价F1代仔鱼的发育和神经行为后,进行急性暴露实验评价其致畸效应和敏感性;(3)根据上述结果,我们选取BPA,BPS分别进行交叉配对实验(与本实验室之前设计保持一致),并通过免疫荧光实验,用HistonH3标记检测48hpf幼鱼的神经元前体细胞的增殖,5dpf小鱼头部冰冻切片后检测新生成熟神经元的表达,进一步来评价F1代小鱼的发育和神经行为毒性。
研究结果:(1)慢性暴露BPA,BPF,BPS后,对亲代和F1代成鱼生长发育的影响不大,但却改变亲代和F1代成鱼的行为,且BPA,BPS对雄性的影响更大,而BPF则恰好相反。慢性暴露BPA,BPF,BPS后,F1成鱼脑部神经发育相关基因gap43、rab33a下调;K+,Ca2+相关基因上或下调,改变β-catenin/Wnt信号通路,对F1成鱼具有神经行为毒性。(2)亲代慢性暴露后,F1代仔鱼孵化延迟,行为发生不同程度的改变。另外,BPA,BPS组的头部尺寸显著变大。(3)BPS交叉实验中,父本暴露BPS后,使得F1代幼鱼48hpf增生细胞数目、新生成熟细胞所占数量比例都显著高于对照组,且对行为的影响更大,这与BPA交叉配对的行为实验结果基本一致。
研究结论:1nM的环境污染物BPA,BPF,BPS慢性暴露后,一方面,改变亲代及F1代成鱼的行为,使F1代成鱼脑部神经发育及Wnt相关等基因显著上/下调,具有神经行为毒性。这进一步说明了亲代慢性暴露后已经在基因层面上对F1代成鱼造成不同程度的损伤,这也可能是导致F1代成鱼运动行为异常的原因之一。
另一方面,使F1代斑马鱼的早期发育迟缓,仔鱼行为显著改变,具有发育和神经行为毒性;BPS交叉实验也进一步说明,BPS神经行为的毒性作用机制可能与BPA相似。且父本BPS暴露后对F1仔鱼神经行为的影响较母本/双亲BPS暴露更敏感,这在之前的研究中未涉及。鉴于慢性实验周期较长的限制,本文没有进行更深入的研究,但BPS在性别间的毒性差异将会受到广泛的关注。
研究方法:我们选取环境剂量1nMBPA,BPF,BPS为实验组,0.1%DMSO的养鱼水为单因素对照组,进行慢性暴露实验。本次研究可分为三个部分。(1)对F0和F1代成鱼进行生长发育及神经行为表型评价,并对F1代成鱼脑部神经发育,Wnt,K+,Ca2+通道相关基因(gap43、rab33、kctd13、mir-27a、nrxn2a、sv2、ryr1a、atp2a2a、ryr3、kcnab1a、kcnh4a、chd8、mir-23a)进行Q-PCR,分析其可能机制。(2)评价F1代仔鱼的发育和神经行为后,进行急性暴露实验评价其致畸效应和敏感性;(3)根据上述结果,我们选取BPA,BPS分别进行交叉配对实验(与本实验室之前设计保持一致),并通过免疫荧光实验,用HistonH3标记检测48hpf幼鱼的神经元前体细胞的增殖,5dpf小鱼头部冰冻切片后检测新生成熟神经元的表达,进一步来评价F1代小鱼的发育和神经行为毒性。
研究结果:(1)慢性暴露BPA,BPF,BPS后,对亲代和F1代成鱼生长发育的影响不大,但却改变亲代和F1代成鱼的行为,且BPA,BPS对雄性的影响更大,而BPF则恰好相反。慢性暴露BPA,BPF,BPS后,F1成鱼脑部神经发育相关基因gap43、rab33a下调;K+,Ca2+相关基因上或下调,改变β-catenin/Wnt信号通路,对F1成鱼具有神经行为毒性。(2)亲代慢性暴露后,F1代仔鱼孵化延迟,行为发生不同程度的改变。另外,BPA,BPS组的头部尺寸显著变大。(3)BPS交叉实验中,父本暴露BPS后,使得F1代幼鱼48hpf增生细胞数目、新生成熟细胞所占数量比例都显著高于对照组,且对行为的影响更大,这与BPA交叉配对的行为实验结果基本一致。
研究结论:1nM的环境污染物BPA,BPF,BPS慢性暴露后,一方面,改变亲代及F1代成鱼的行为,使F1代成鱼脑部神经发育及Wnt相关等基因显著上/下调,具有神经行为毒性。这进一步说明了亲代慢性暴露后已经在基因层面上对F1代成鱼造成不同程度的损伤,这也可能是导致F1代成鱼运动行为异常的原因之一。
另一方面,使F1代斑马鱼的早期发育迟缓,仔鱼行为显著改变,具有发育和神经行为毒性;BPS交叉实验也进一步说明,BPS神经行为的毒性作用机制可能与BPA相似。且父本BPS暴露后对F1仔鱼神经行为的影响较母本/双亲BPS暴露更敏感,这在之前的研究中未涉及。鉴于慢性实验周期较长的限制,本文没有进行更深入的研究,但BPS在性别间的毒性差异将会受到广泛的关注。