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研究背景镉可导致神经发育毒性和肠道菌群紊乱,由于其极长的生物半衰期和较低的排泄率,研究低剂量镉污染对发育期的毒性具有重要意义。脑源性神经营养因子(BDNF)和血清素系统协同作用参与了神经发育调控和肠道功能调节,而镉对发育期的神经毒性和菌群的影响以及BDNF和血清素系统在其中的作用机制尚不明确。斑马鱼因其独特的优势在神经发育和肠道菌群研究中应用广泛。本研究观察环境剂量镉暴露对斑马鱼神经发育和肠道菌群的影响,并探索BDNF和血清素系统在镉暴露作用下的表达改变,为环境剂量的镉毒性研究以及防治提供基础。研究方法1.观察环境剂量重金属镉暴露对斑马鱼胚胎/幼鱼自主抽动、心率、孵化、死亡和畸形的影响;2.采用ViewPoint Zebrabox行为测试系统观察环境剂量重金属镉暴露对斑马鱼幼鱼行为学的影响;3.采用电感耦合等离子体质谱法测定斑马鱼幼鱼体内镉的蓄积量;4.采用高通量测序技术检测镉暴露对斑马鱼肠道菌群组成的影响;5.采用qPCR检测镉暴露对斑马鱼bdnf及血清素相关基因(tph2、tph1b、s1c6a4a和mao)mRNA表达的影响;6.检测鼠李糖乳杆菌GG株对镉暴露斑马鱼幼鱼行为学和bdnf及血清素相关基因(tph2、tph1b、slc6a4a和mao)mRNA表达的影响;研究结果1.1.25,2.5,5μg/L镉暴露对斑马鱼自主抽动和孵化率没有明显影响,与对照组相比,2.5μg/L和5μg/L镉暴露组畸形率出现升高(P<0.05),5μg/L镉暴露组心率显著降低,死亡率升高;2.与对照组相比,随着镉暴露剂量的升高,斑马鱼运动次数和运动距离降低,具有剂量效应。5μg/L镉暴露组随着暴露时间增加而逐渐降低;3.随着镉暴露剂量的升高,斑马鱼体内镉的含量也逐渐升高,呈现明显的剂量-反应关系;4.随着镉暴露剂量的升高,斑马鱼肠道菌群中厚壁菌门(Firmicutes)的比例降低,变形菌门(Proteobacteria)的比例增加;5.与对照组相比,镉暴露组有12种菌属相对丰度有显著性差异,其中大部分菌属参与调节神经退行性疾病;6.与对照组相比,镉暴露显著提高bdnf、tph2、tph1b mRNA表达水平,而slc6a4a和mao mRNA表达水平显著降低;7.鼠李糖乳杆菌GG株可部分恢复镉暴露导致的斑马鱼行为学和上述基因表达水平的改变。研究结论1.环境低剂量镉暴露可引起斑马鱼神经发育毒性和肠道菌群的改变,与神经退行性疾病发病机制相关的菌属相对丰度发生显著改变;2.BDNF信号通路和血清素系统可能参与镉暴露引起的神经发育毒性和肠道菌群紊乱,益生菌鼠李糖乳杆菌GG株对斑马鱼镉暴露致神经发育毒性具有保护作用。