三氯生暴露靶向于miR-144异常表达致心脑血管毒性的分子机制

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三氯生(TCS)是一种广谱抗菌剂,广泛应用于家用化学品和医疗器械和纺织品消毒剂中。由于工业的发展及个人护理产品的广泛使用,TCS被大量使用,向环境中排放的TCS的量也随之增加。随着对TCS研究的不断深入,TCS对人类健康的负面效应也越来越多的被呈现出来,可能会对生物体造成神经毒性,心脏毒性等。然而却很少有研究清楚地阐明TCS导致毒性效应的潜在机制。本研究以斑马鱼(Danio rerio)作为模式生物,从miRNA的角度出发,利用高通量测序系统筛选出了差异表达miR-144,并通过对miR-144的上游信号通路以及下游信号通路进行探讨,深入研究TCS诱导斑马鱼心脑血管毒性的分子机制。通过研究,得到如下成果:(1)通过illumina Miseq测序系统筛选出差异表达的miRNAs,根据转录组表达与RT-qPCR实验筛选出了miR-144。GO功能分析发现,多数miR-144调控的靶基因具有神经系统发育、血管生成与心脏发育等方面的功能。KEGG分析发现,miR-144调控的靶基因主要参与调控MAPK信号通路与WNT信号通路。通过miR-144的表达部位分析发现,miR-144的表达系统主要分布在心血管系统、呼吸系统和生殖系统,并且在血管中表达。(2)TCS(62.5,125,250μg/L)急性暴毒,通过行为学跟踪发现,TCS导致斑马鱼运动行为异常,包括平均速度和运动距离的减少,在黑暗中幼鱼活动能力降低以及对声光刺激的缓慢/不敏感反应等。观察血管转基因鱼tg(fli 1:EGFP),发现TCS导致头部与躯干血管消融。通过扫描电镜与毛细胞染色,观察到神经丘发育缺陷且毛细胞数量显著减少。乙酰胆碱酯酶(ACh E)检测表明,TCS暴露下,ACh E活性低浓度降低,高浓度增加。显微注射干预miR-144表达,检测上述神经毒性关键指标(运动行为,血管网络发育,神经丘与毛细胞发育,ACh E活性)发现在miR-144异常表达的情况下均呈现与高浓度TCS暴露后一致的异常状态,这证明miR-144异常表达诱导神经毒性。(3)RT-qPCR实验显示,TCS暴露后PKC/MAPK通路关键基因表达升高,使用PKC/MAPK通路抑制剂MTO抑制了PKC活性后,显著挽救了TCS诱导神经毒性。由JASPAR网站预测得出pri-mir-144的转录因子被PKC/MAPK信号通路激活。这表明TCS激活了PKC/MAPK信号通路使miR-144上调从而诱导神经毒性。(4)TCS(200,400,500μg/L)急性暴毒心脏转基因斑马鱼tg(myl7:e GFP),在3dpf观察到400与500μg/LTCS处理组中,斑马鱼出现严重的心脏畸形。RT-qPCR验证心脏标志基因的表达,发现其异常表达。通过ROS染色发现,TCS致斑马鱼心脏部位氧化应激,检测发现体内相关氧化应激酶(MDA、SOD、CAT)含量异常。使用氧化应激抑制剂富勒烯(C60)抑制了氧化应激后,心脏毒性也得到了挽救,体内氧化应激酶含量趋于正常,表明TCS诱导斑马鱼氧化应激进而产生心脏毒性。(5)通过显微注射干预miR-144的表达,发现miR-144异常表达会引起斑马鱼心脏毒性与血管畸形,也提高了斑马鱼体内氧化应激水平。RT-qPCR验证miR-144调控的血管功能基因(fli1a,kdrl,cd36)发现,miR-144过表达导致基因表达下调,miR-144敲降导致基因表达上调。使用了治疗心输出量的药物ATN增强斑马鱼的心输出量。结果证实,TCS诱导斑马鱼血管消融,心脏泵血能力不足,从而导致心脏发育缺陷。通过RT-qPCR验证TCS暴露下WNT通路关键基因(prickle3,dvl2,wnt11)表达降低。使用了WNT通路激活剂BML-284,加入了BML-284挽救了TCS诱导的心脏毒性,进一步证实TCS抑制WNT信号通路诱导心脏毒性效应。本研究为TCS暴露的风险评估和预警提供了重要参考,并为预防/减轻污染物引起的神经系统疾病与心血管系统疾病早期预防和基因治疗提供了新的靶点。
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