铜(Cu,copper)是人体必需的微量元素,作为辅基参与合成多种生物酶。人体内铜代谢紊乱会引发多种疾病。斑马鱼(Danio rerio)是一种重要的模式水生生物,在生态毒理学、发育生物学、分子生物学等领域应用广泛,诸如评价环境胁迫因子、构建疾病病理模型。本论文研究了铜离子暴露引起的斑马鱼造血系统和相关调控机制的功能基因表达、生理代谢调节的变化。旨在探讨铜离子对胚胎发育早期及成体期造血系统的相关影响及其机制,为促进铜离子机体代谢、铜离子代谢相关的血液类疾病、肿瘤等癌细胞增生类疾病的预防研究提供新方法。主要结果如下:1.铜离子对斑马鱼造血系统发育和再生的影响通过分析外源铜离子对斑马鱼胚胎造血发生的影响,发现铜处理胚胎红系细胞(RBC)的基因表达增强、造血干细胞(HSC)标记基因及其相关的调控信号Notch和Wnt信号通路因子表达减弱。铜处理成鱼的外周和肾脏血流式细胞分析结果显示,处理成鱼的肾脏血、外周血的细胞分化程度均明显增强。结果显示,外源铜离子破坏了鱼类胚胎造血系统发育及其成体造血细胞的再生及平衡。2.铜离子激发斑马鱼的氧化应激通过基因表达谱分析、转录水平验证、活性氧(ROS)含量检测,发现铜处理胚胎氧化应激过程的基因表达增强、活性氧含量增加,氧结合和氧转运基因的表达增强。此外,预先添加抗氧化剂可以高效恢复铜处理胚胎中氧化还原类反应的基因表达、恢复活性氧含量。3.铜调控斑马鱼造血系统发育和再生的作用机制抗氧化剂还可以恢复红系细胞的基因表达、血红蛋白的合成量,协助机体完成过量铜离子的代谢、恢复胚胎内的铜离子含量。全基因组甲基化分析发现,造血干细胞关键基因在启动子预测区的甲基化修饰增强。外源铜离子是通过激活氧化应激基因、促进活性氧分子的合成,增强造血系统的红系分化、扰乱铜代谢平衡的。添加外源抗氧化剂,不仅可以恢复造血系统的红系分化,而且可恢复机体铜代谢平衡。铜可能通过氧化应激反应和甲基化修饰DNA分子,调控造血系统的分化和再生。