随着水体富营养化状况的日益加重和气候的改变，蓝藻水华的暴发在世界各地逐渐加剧，有毒蓝藻的次级代谢产物，随着藻细胞的破裂释放到水中，对人类及各种动物的健康安全构成了严重的威胁。微囊藻毒素(Microcystins，MCs)是目前最为常见且研究最多的蓝藻毒素。国内外大量文献报道了MCs对人类及各种家畜的致病甚至致死事件。饮用MCs污染的水或吃食MCs污染的水产品是人类MCs暴露的最主要途径，且常规饮用水处理工艺和煮沸均不能完全去除MCs，尽管人类通过引用水发生急性中毒的可能性很小，但对人类健康可能带来的潜在的长期低浓度慢性毒性效应仍然有很高的关注度。MCs的慢性毒性则可能会导致生物畸变或者癌变等不可逆损伤。近年来，已有大量研究证实了MCs对鱼类和哺乳动物胚胎发育的毒性效应，流行病学资料也证明在经济发达，污染较为严重的地区的原发性肝癌的高发生率与饮用水中MCs的污染程度相关，室内动物模型实验进一步证实MCs不仅是肝脏肿瘤发生的促进剂，也是启动剂。而目前针对MCs导致生物胚胎发育异常和诱导各种肿瘤发生的可能的分子机制的研究并不多。因此，本文通过使用生态毒理基因组学和生态毒理蛋白质组学并结合生物信息学分析及相应的生理生化检测，采用常用的模式生物，斑马鱼和小鼠作为实验对象，分别探讨MCs对生物体胚胎发育毒性的潜在分子机制和促肿瘤作用的早期的分子水平变化。主要研究结果和结论如下:　　 第一部分:设置不同浓度梯度的MC-RR对斑马鱼胚胎进行显微注射，通过计算获得MC-RR对斑马鱼的LD50约为37.5mg/L(36μM)。不同浓度MC-RR(0.2LD50，0.4LD50和0.8LD50)染毒之后，发现，当MC-RR的浓度从0.2LD50升高到0.8LD50，斑马鱼胚胎的死亡率随着浓度的升高逐渐上升;而各个浓度的处理组内48hpf与72hpf的死亡率没有显著差异，说明MC染毒后各个浓度组的胚胎死亡数在48hpf时达到稳定。48hpf的斑马鱼胚胎的孵化率随着MC浓度的升高出现明显的降低。48和72hpf时，MC-RR染毒组的斑马鱼胚胎出现明显的发育异常现象，在72hpf，低中高三个处理组，斑马鱼胚胎的畸形率分别高达15.7％，54.4％,39.9％。MC-RR处理后的胚胎呈现出一种持续的并且可高度重复的形态发育异常现象，如身体弯曲或尾部扭曲;围心腔(pericardial sac，PS)和孵化腺(hatching gland，HG)水肿、眼部发育不全等。　　 除了外在异常发育的表型外，用flk-GFP转基因斑马鱼作为实验材料发现MC-RR对斑马鱼胚胎侧血管的发育有明显毒性效应，在48hpf和72hpf时，毒素处理组胚胎完整的侧血管数目明显减少;通过使用全胚原位杂交技术，使用特异性探针分别对斑马鱼进行整体杂交，结果显示MC染毒后，与对照相比，胰脏和中后脑间隙发育出现明显异常。　　 我们分析了MC-RR处理后，胚胎72hpfmiRNA表达谱的变化。相比对照组，MC-RR的暴露后共有31个miRNAs的表达在毒素处理之后发生变化，其中，20个miRNAs明显上调，11个明显下调(p＜0.05)，变化幅度各异。Dre-miR-146a的表达上调6.73倍，dre-miR-190b的表达下调4.61倍，分别是毒素处理组表达上调和下调倍数最大的miRNAs。　　 为了探讨MC-RR诱导的侧血管发育异常是否与MC-RR诱导的miR-126异常表达有关，将MC-RR与miR-126共注射后，发现miR-126的过表达只能轻微改善侧血管发育异常的情况，说明除了miR-126和miR-31还有其他已知或未知功能的miRNAs参与了斑马鱼胚胎的侧血管发育。所有的miRNAs在动物发育过程中是必须的，但是单个的miRNA并不足以精确地调控侧血管的形成。　　 我们将MC-RR处理后差异表达的miRNAs进行了靶基因预测，并将靶基因与以往同样实验条件下，相同浓度MC-RR诱导的差异表达蛋白做了对应，发现，在这些MC响应的miRNA-靶基因对里，有9对miRNAs和蛋白质是表达一致的(即miRNAs的表达是被激活的，靶基因的表达是被抑制的);15对的表达是不一致的(即miRNAs和靶基因的表达都是被抑制的)。分析原因可能是蛋白表达和miRNAs调控作用相对复杂，一个miRNA可调控许多蛋白的表达，同时，一个蛋白又可被多个miRNAs调控。因此，毒素处理后，某个蛋白的表达可能同时受多个miRNAs的调节，这些调节作用可能上调或下调，因此具有不确定性。　　 我们将毒素处理之后差异表达的miRNAs和预测的靶基因蛋白做了相应的毒理学通路分析，发现这些miRNAs和蛋白主要参与了代谢，细胞通讯等过程，如糖酵解、氧化还原反应、氨基酸代谢和Wnt信号通路等。　　 因此，我们推测，miRNAs和靶基因系统微环境的破坏使得生物的基因网络结构变化可能是MC诱导斑马鱼胚胎出现广泛的发育异常表型的原因。除了miRNAs及其靶基因系统外，MCs可能通过很多的调控通路影响斑马鱼的胚胎发育，而转录后调控可能比转录调控更加敏感。MCs扰乱miRNA为基础的基因调控系统对动物胚胎发育进程的影响会更有效力。　　 第二部分:我们采用了可以确定引起小鼠肝脏发生肿瘤的毒素浓度(20μg/kgMC-LR/d)对小鼠进行腹腔注射，染毒28天后，利用2-DE技术对小鼠肝脏进行蛋白质组学分析，发现MC-LR处理组相比对照组共有62个蛋白点的表达量发生了显著变化(≥2倍或者≤0.5倍;p＜0.05)，经过MALDI-TOF-TOFMS分析，对这些表达发生变化了的蛋白点进行确认，并利用小鼠IPI数据库对匹配的蛋白点进行查询，我们确认了42个不同的蛋白点，其中有17个蛋白点在MC-LR处理后表达显著上调，25个蛋白表达显著下调。这些差异表达的蛋白质种类涉及到多种生物学过程例如细胞通讯、能量代谢、离子平衡、应激响应、生物过程调控等。我们将这些差异表达的蛋白质功能进行分类，主要集中在蛋白质代谢、酶活、氧化还原和细胞分化与凋亡等方面。　　 同时，我们检测了MC-LR处理后小鼠肝脏miRNA表达谱的变化，发现共有186个miRNAs在对照组和毒素组的小鼠肝脏中有表达，37个miRNAs有显著性变化(p＜0.05)，25个miRNAs在MC-LR处理后上调或下调≥3倍。这些差异表达的miRNAs中，有一些已证实与各种癌症发生有关(如，miR-125b，肝细胞癌;miR-21，白血病;miR-16，慢性淋巴细胞白血病;miR-192，垂体腺瘤;miR-199a-3p，卵巢癌;miR-34a，胰腺癌等)。　　 在已检测到的差异表达的miRNAs和蛋白质中，有一些已证实在肝脏肿瘤发生中起到关键作用的基因(如，miR-34a，miR-21)和蛋白(TGM2，NDRG2)被首次发现在MC-LR的暴露的小鼠肝脏中表达异常。　　 通过生物信息学分析，我们预测了差异表达的miRNAs的靶基因，其中有部分基因在以往的研究中被证实对MC的暴露有响应作用，我们将这些对MC-LR有响应的靶基因根据基因关联和KEGG通路分析做了分类分析，共分为4类，分别是谷胱甘肽代谢相关基因、糖代谢相关基因、ABC转运体相关基因和癌症相关基因。特别的是，这些基因中的大部分归属于癌症相关通路。因此，这样的分类分析可以从一定程度上解释MC-LR暴露后小鼠肝脏对肿瘤的发生有易感性的原因，同时也暗示了miRNAs及其潜在的靶基因系统的调控可能对MC-LR诱导肝脏损伤及肿瘤发生有重要的参与作用。　　 一批MC-LR处理后差异表达的蛋白也被预测为对应的miRNAs的潜在靶基因。这些被预测为miRNA潜在靶基因的蛋白质分别参与了已知的15条生物通路，其中的11条通路也出现在以Clark等人实验所得的转录组学数据为基础的通路分析中，它们包括了谷胱甘肽代谢、异源物质代谢、糖代谢和一些信号通路。MiRNA和它们潜在的靶基因系统参与了多种分子生物途径和信号通路过程，大部分基因和通路与肿瘤发生相关。　　 本文分别探讨了MCs对生物体胚胎发育毒性的潜在分子机制和促肿瘤作用的早期的分子水平变化，可为研究MCs对人类健康的潜在威胁提供一定的基础数据。