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邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters,PAEs)是一类无色、低水溶性、低挥发性的人工合成有机化合物,常用作聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)的增塑剂和软化剂,以增加塑料产品的弹性和耐久性。由于成本低廉、使用效果良好,PAEs在护理产品、食品包装、医疗用品和建筑材料等各领域中获得了广泛的应用。其中,邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯(Di-(2-ethylhexyl)phthalate,DEHP)是塑料生产过程中使用最广泛的一种PAEs类化合物。近年来的调查研究显示,DEHP已在全世界包括空气、雨水、地表水、沉积物、土壤等在内的许多环境介质中检测到。由于其低挥发性、低水溶性和高亲油性的特性,DEHP在水环境中会表现出稳定的化学性质。现有研究表明,DEHP暴露会对水生动物产生氧化应激、生殖毒性、发育毒性、免疫毒性、内分泌紊乱等一系列毒理作用,严重影响水生生物的生长、发育与繁殖过程。然而就目前而言,人们对DEHP在分子层面对鱼类毒性作用的理解仍然不足,尤其是在不同暴露时间以及浓度条件下的系统性研究尚未完全开展。因此,进一步评价水生生物响应DEHP胁迫的生理及分子机制对减少PAEs对水生生物的危害、促进水生环境健康发展尤为重要。本研究以鲫鱼鳃组织为研究对象,将鲫暴露于浓度为20,100,500μg/L的DEHP水环境中,同时设置空白对照,分别开展不同环境浓度DEHP的96 h急性与30 d慢性毒理暴露实验,利用代谢组学、转录组学两种组学技术从代谢物水平与基因水平探究鲫鳃对DEHP暴露的分子响应机制。与此同时,结合生化检测分析与组织病理学观察,以期为评价DEHP对水生生物的生态毒理学效应、减少水污染和对水生生物的危害提供理论依据,同时也为探明DEHP暴露对水生生物毒性作用的机制提供新的思路与方法。本研究取得的主要结果如下:(1)在DEHP急性暴露实验中,首先,测定了20,100,500μg/L为期96 h的DEHP急性暴露对鲫鳃包括谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)以及丙二醛(MDA)在内的抗氧化以及包括酸性磷酸酶(ACP)、碱性磷酸酶(AKP)在内的免疫生化指标的影响。结果表明,SOD与GSH-Px在100μg/L,500μg/L的中、高浓度DEHP暴露下呈剂量依赖型显著升高(p<0.05,p<0.01);在中等浓度DEHP暴露下,CAT水平显著升高(p<0.01),高浓度组与对照组相比升高,但无显著性差异;各DEHP暴露组GSH水平皆呈剂量依赖型显著下降(p<0.05,p<0.01,p<0.001);高浓度DEHP暴露组的MDA水平显著升高(p<0.05);就免疫指标而言,各DEHP暴露组ACP水平皆显著升高(p<0.001,p<0.05,p<0.01),AKP在高浓度DEHP暴露组下显著升高(p<0.05)。由此表明,DEHP急性暴露会诱发鲫鳃明显的氧化应激与免疫反应。其次,采用基于UPLC-QTOF-MS的非靶向代谢组学技术,探究了DEHP急性暴露对鲫鳃代谢物及相关代谢通路的影响。以p<0.05同时VIP>1.0作为差异代谢物(DMs)的筛选标准,在所有实验组中,共有73种代谢产物表现出具有统计学意义的差异。KEGG富集分析表明,低浓度DEHP对鳃组织代谢的影响并不明显,主要影响鞘脂代谢与甘油酯代谢。随着DEHP浓度的进一步升高,鳃组织包括嘌呤代谢、甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、花生四烯酸代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸等多项代谢途径发生显著改变。在此基础上,转录组学的数据显示,20μg/L DEHP急性暴露条件下对细胞色素P450对异生物质的代谢、类固醇激素生物合成、糖酵解/糖异生等代谢通路产生显著影响;100μg/L DEHP暴露条件下,包括ECM-受体相互作用、补体和凝血级联、蛋白质消化吸收、花生四烯酸代谢等在内的代谢通路被显著富集;500μg/L DEHP暴露条件下,蛋白质消化吸收、花生四烯酸代谢、补体和凝血级联、细胞色素P450对异生物质的代谢等代谢通路受到显著影响。其中,花生四烯酸代谢、细胞色素P450对异生物质的代谢、嘌呤代谢、类固醇激素生物合成等在内的多条代谢通路在个实验组中都被显著富集。综合多组学与生化分析的数据表明,中、高浓度的DEHP急性暴露导致鳃组织氧化还原失衡,嘌呤代谢的增加是活性氧升高的潜在来源。包括花生四烯酸代谢在内的脂质代谢的紊乱诱导了炎症反应的发生。(2)DEHP长期暴露实验中,基于UPLC-QTOF-MS的非靶向代谢组学分析显示,20,100,500μg/L DEHP暴露组与对照组之间共筛选出包括甘油酯、甘油磷脂、类固醇及其类似物、脂肪酸、氨基酸、核苷酸、有机酸等在内的60种DMs。KEGG富集分析表明,在低浓度DEHP暴露下,最相关的代谢途径包括主要嘌呤代谢、糖酵解/糖异生、谷胱甘肽代谢、苯丙氨酸代谢与甘油磷脂代谢;随着暴露浓度的进一步提升,在100μg/L的DEHP暴露条件下,鲫鳃内包括丙酮酸代谢、半乳糖代谢在内的代谢途径进一步受到影响;当DEHP暴露浓度达到500μg/L时,包括甘油磷脂代谢、鞘脂代谢在内的脂质代谢相关的代谢途径受到的干扰最为显著,此外丙酮酸代谢、苯丙氨酸代谢同样被富集,发生显著改变。在此基础上,对对照组与500μg/L的高浓度DEHP暴露组进行转录组学分析。以p-adjust<0.05和|log2FC|≥1为标准筛选差异表达基因(DEGs)。两组之间共鉴定出3275个DEGs,包括细胞色素P450对异生物质的代谢、类固醇激素生物合成、细胞因子-细胞因子受体相互作用在高浓度DEHP暴露下被富集。代谢与转录组学综合分析表明,在长时间高浓度的DEHP暴露下,鲫鳃细胞色素P450酶系发生失衡,鳃中CYP450可能是DEHP诱导的鳃毒性效应的重要组成部分。此外,DEHP的长期暴露导致了鳃组织内分泌代谢紊乱与能量代谢受阻。组织病理性分析表明,在500μg/L的高浓度DEHP暴露30 d后,鳃组织出现明显的结构损伤,鳃丝的排列稀疏紊乱,鳃丝之间间距变大,出现萎缩变形、顶端膨大等病理性现象。总的来说,本研究为理解鱼类鳃组织在DEHP胁迫下代谢物、基因以及生物表型之间的变化提供了可能,为理解DEHP暴露对鱼类鳃的毒性机制提供了新的理论指导。