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铜是鱼类必需的微量元素,广泛参与了鱼体内的生理过程,其缺乏与过量都会对鱼类生长造成不利的影响。镉是鱼类的非必需元素,它在水体中即使处于很低的浓度也会对鱼类造成很强毒性。近些年来,随着工业废水的不当排放和农药的不规范使用等,养殖水体铜和镉的污染日益严重。本实验室前期研究中,发现水体铜和镉暴露均导致鱼类脂肪代谢紊乱,出现肝脏脂肪异常沉积的现象。脂类作为鱼类重要的能量物质,更是细胞膜结构的主要组成成分,对维持细胞功能具有重要作用。深入研究铜和镉导致鱼类脂肪代谢紊乱的机制对理解重金属对鱼类的毒性效应具有重要意义。本研究以模式生物斑马鱼为研究对象,分别在活体暴露和离体肝细胞培养研究了铜和镉对斑马鱼脂肪代谢及脂肪沉积的影响及其分子机制。主要结果如下:1、水体铜暴露对斑马鱼形态学参数、肝脏病理结构、肝脏铜蓄积、脂肪代谢酶活性及肝脏转录组的影响为了研究水体铜暴露对斑马鱼形态学参数、肝脏病理结构、肝脏铜蓄积、脂肪代谢酶活性及肝脏转录组的影响,将成年斑马鱼分别暴露于3个铜浓度（对照、8μg Cu/l和16μg Cu/l）的水体中60天。结果显示,水体铜暴露对斑马鱼存活率和形态学指标（体长、体重和体脂数）没有显著影响。肝脏铜水平随着水体铜浓度的升高而增加,且铜暴露组斑马鱼肝体比均高于对照组。肝脏切片H＆E染色和油红O染色表明,水体铜暴露导致斑马鱼肝细胞空泡化变性和肝细胞脂滴异常蓄积。酶活分析表明水体铜暴露显著增强了脂肪酸合成相关G6PD、6PGD、ME、ICDH和FAS酶活性,并抑制了脂肪酸β氧化限速酶CPT1酶活性。对肝脏进行转录组分析表明低浓度铜主要影响了斑马鱼糖代谢和脂肪代谢相关通路;高浓度铜暴露主要影响了斑马鱼脂肪代谢、DNA损伤、细胞周期、细胞凋亡和免疫反应等通路,其中脂肪代谢通路在低浓度铜处理组和高浓度铜处理组中均被显著富集。因此,本研究表明,水体铜暴露铜能导致斑马鱼肝脏脂肪过量蓄积,铜诱导肝脏脂肪过量蓄积可能与肝脏脂肪合成的增强和脂肪酸β氧化的减弱有关。此外,本研究也说明过量铜对脂肪代谢紊乱的诱导在过量铜所导致的多种负面生理效应中具有重要地位。2、LXRα和SREBP1对铜诱导斑马鱼肝脏脂肪蓄积的介导作用为了研究脂肪代谢调控转录因子LXRα和SREBP1在铜诱导斑马鱼肝脏脂肪蓄积中的作用及其作用机制,对斑马鱼原代肝细胞进行了分离培养,并对斑马鱼原代肝细胞分别使用SR9243（LXRα特异性抑制剂）和fatostatin（SREBP1特异性抑制剂）与Cu SO4共同孵育研究。结果表明SR9243和fatostatin都能显著改善过量铜导致的肝细胞甘油三酯水平增加。SR9243能减弱铜导致的脂肪酸合成基因acaca、fas和icdh以及甘油三酯合成基因dgat1、moat2和moat3基因的表达上调;fatostatin能减弱铜导致的脂肪酸合成基因acaca、fas和g6pd以及甘油三酯合成基因dgat1和moat2表达的上调。酶活性分析表明SR9243能显著减弱铜诱导的脂肪酸合成酶ICDH、G6PD和FAS酶的活性;fatostatin能显著减弱铜导致的脂肪酸合成相关酶ME、ICDH和FAS酶的活性。本研究表明脂代谢调控转录因子LXRα和SREBP1通过上调脂肪合成相关基因表达和增强脂肪合成相关酶活性介导了铜诱导斑马鱼肝脏脂肪沉积的过程。3、水体镉暴露对斑马鱼形态学参数、肝脏病理结构、肝脏镉含量、脂肪代谢、抗氧化酶及线粒体功能的影响为了研究水体镉暴露对斑马鱼形态学参数、肝脏病理结构、肝脏镉含量、脂肪代谢、抗氧化酶及线粒体功能的影响,将成年斑马鱼分别暴露于3个镉浓度（对照、5μg Cd/l和25μg Cd/l）的水体30天。结果显示,水体镉暴露对斑马鱼存活率和形态学指标（体重、体长、体脂数和肝体比）没有显著影响。肝脏镉含量随着水体镉浓度的升高而增加,镉暴露组斑马鱼肝体脂肪水平高于对照组。肝脏切片H＆E染色和油红O染色表明,水体镉暴露导致斑马鱼肝细胞空泡化变性、肝细胞损伤及肝细胞脂滴异常蓄积。酶活性分析表明水体镉暴露显著增强了脂肪酸合成相关酶G6PD、6PGD、ME和FAS酶的活性及脂肪合成相关基因fas、acaca、g6pd、me、lxra、pparr和srebp1基因的表达,并抑制了脂肪分解相关基因cpt1、acadm、hsla和atgl的基因表达。过量镉显著抑制了抗氧化酶SOD和GPx酶活性,并导致了肝脏MDA水平的升高及脂质过氧化的发生。镉暴露显著抑制了线粒体呼吸相关酶COX酶活性,同时,镉处理组肝脏ATP水平显著下降,此外,镉暴露诱导了线粒体自噬相关基因lc3a、pink1、nix和parkin表达,说明过量镉诱导了肝细胞线粒体功能障碍及线粒体损伤的发生。本研究表明水体镉暴露能诱导斑马鱼肝脏脂肪代谢紊乱,肝脏脂肪病理结构损伤及脂肪异常蓄积,同时,水体镉暴露还诱导了肝脏氧化应激的产生及线粒体功能的障碍。4、氧化应激、线粒体功能障碍介导镉诱导斑马鱼肝细胞脂肪代谢的作用机制为了进一步研究镉诱导的氧化应激和线粒体功能障碍在镉诱导鱼类肝脏脂肪蓄积中的作用机制,对斑马鱼原代肝细胞进行了分离培养,并使用ROS清除剂NAC和线粒体膜通透性抑制剂Cs A与Cd Cl2对斑马鱼原代肝细胞进行了孵育研究。结果表明NAC能显著减弱镉诱导的肝细胞TG水平的上升、脂肪合成酶活性的上调以及脂肪分解相关基因的表达下调。Cs A则对镉诱导的脂肪代谢紊乱以及肝细胞TG水平没有影响。NAC消除了镉导致的线粒体膜电位的下降以及肝细胞ATP水平的降低,说明氧化应激可能是过量镉在细胞内的初始毒性效应,氧化应激介导了镉导致的线粒体功能障碍和脂肪代谢紊乱。