2,7-二溴咔唑干扰脂质稳态诱导热带爪蟾胚胎发育毒性研究

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卤代咔唑是一类新型环境污染物,已在多种环境介质中被检出。研究者发现卤代咔唑具有类二噁英毒性,对水生生物的生存和生长发育造成威胁。然而目前针对卤代咔唑潜在生态风险的研究仍然有限,特别是对环境污染的指示物种两栖动物的影响尚不清晰。已有研究指出两栖动物对类二噁英化合物的敏感性普遍较低,但目前尚不清楚卤代咔唑毒性是否也存在类似的物种敏感性差异,因此亟需探索两栖动物对这类新型类二噁英化合物的响应机制。本研究以2,7-二溴咔唑(2,7-dibromocarbazole,2,7-DBCZ)为研究对象,以热带爪蟾为模式生物,分析2,7-DBCZ的生物积累性,评估其对胚胎生长发育及心脏功能和心肌细胞超微结构的影响,进一步结合转录组测序、脂质代谢分析和分子模拟,系统解析2,7-DBCZ对热带爪蟾胚胎发育的毒性作用机制。主要研究结果如下:(1)暴露实验结果发现,2,7-DBCZ在胚胎内具有较高积累性。环境浓度2,7-DBCZ对热带爪蟾胚胎孵化、存活及生长均无影响,但能诱导胚胎产生围心腔水肿和眼睛变小的畸形表型,表明2,7-DBCZ对两栖类早期发育的毒性作用。(2)对胚胎心跳速率和节律的分析结果显示,高浓度2,7-DBCZ能显著减缓胚胎心率,影响正常心脏功能。对心肌细胞超微结构的观察发现,暴露组胚胎的心肌细胞中线粒体嵴排列紊乱且普遍发生肿胀,同时伴有较多自噬体的出现,表明心肌细胞超微结构受到破坏。(3)转录组测序结果发现2,7-DBCZ暴露导致胚胎转录组发生广泛且显著的变化。差异基因主要富集在以脂质代谢与转运为核心的营养物质代谢相关通路中,同时外源化合物代谢以及补体系统相关通路也显著富集。蛋白互作分析结果显示,脂质转运、外源化合物代谢及补体系统信号通路的相关分子间存在复杂相互关系,影响热带爪蟾胚胎发育。(4)利用UPLC-MS检测胚胎发育中脂质种类和含量的变化,结果发现2,7-DBCZ暴露导致甘油酯、磷脂和胆固醇脂含量下降,其中作为胚胎早期发育主要能量来源的甘油三酯下降种类数量最多,细胞膜成分溶血磷脂酰乙醇胺含量下降幅度最大。随着暴露时间延长,甘油酯的下降幅度增大,而磷脂的下降幅度则有所减小。脂质代谢研究结果表明,2,7-DBCZ干扰热带爪蟾胚胎发育过程的脂质稳态。(5)qPCR结果显示2,7-DBCZ能诱导以cyp1a1为代表的外源化合物代谢基因表达水平显著上调,提示芳香烃受体信号通路的激活。基于同源建模与分子模拟的预测发现,2,7-DBCZ能与热带爪蟾芳香烃受体结合,受体-配体间的结合主要依赖疏水作用以及额外的π-π键。本研究探索了2,7-DBCZ对热带爪蟾胚胎的毒性效应及作用机制。结果表明2,7-DBCZ能激活热带爪蟾芳香烃受体,诱导cyp1a1等外源化合物代谢基因表达水平显著上调,干扰脂质代谢和转运过程,影响胚胎发育中的脂质稳态与免疫调节,导致心肌细胞结构受损与能量供应不足,从而对热带爪蟾胚胎发育产生毒性作用。研究结果将为卤代咔唑的生态风险评价与毒性机制解析提供科学参考。
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