典型有机磷酸酯类阻燃剂TDCIPP和TPhP对海洋青鳉鱼的毒性机制探究

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有机磷阻燃剂(Organophosphorus flame retardants,OPFRs)是一类重要的磷系阻燃剂,在家装、建材等多个领域被广泛地应用于产品生产。作为多溴联苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)在市场上的重要替代品,有机磷阻燃剂以其较低的环境危害性而广受市场青睐,成为目前使用量较大的一类阻燃剂。其中,以磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(Tris(1,3-dichloro-2-propyl)phosphate,TDCIPP)和磷酸三苯酯(Triphenyl phosphate,TPhP)两种OPFRs的使用较为普遍。但是,随着OPFRs的大量使用,所带来的环境安全隐患也逐渐显现。目前,OPFRs已相继在大气、土壤、水体、底泥等多种环境介质及哺乳动物和淡水生物等生物体内中被检出。因此,OPFRs的环境生态毒理学效应日益受到社会的广泛关注。前期研究发现TDCIPP和TPhP暴露影响水生生物存活、发育、繁殖及代谢。目前TDCIPP和TPhP在海洋环境中和淡水环境中浓度水平相当。但其毒性机制研究多集中在淡水生物,对海洋生物研究较少且暂时缺乏深入探讨。因此本研究以海洋模式物种海洋青鳉鱼(Oryzias melastigma)作为受试生物。海洋青鳉鱼个体较小,生命周期较短,胚胎和成鱼个体透明,且具有产卵量高和易于繁殖等优点,易于在实验室进行培养开展实验。通过两世代慢性暴露的实验方法,利用实时荧光定量 PCR(Real-time quantitative polymerase chain reaction,q-PCR)等技术手段,从软骨和骨骼发育、心脏发育、脂肪酸合成和代谢以及性激素稳态调节四个方面探究了 TDCIPP和TPhP的致毒机理。主要研究内容和结论如下:1、TDCIPP和TPhP通过影响与海洋青鳉鱼软骨和骨骼发育相关的基因bmp2、bmp4和runx2的表达,造成生物体发育畸形。但是其中机理却截然不同。其中,TDCIPP暴露导致两世代仔鱼阶段与软骨和骨骼发育相关的调控基因表达上调,而TPhP暴露却导致此类基因表达下调。因此这两种物质虽然都能导致青鳉鱼仔鱼胸鳍外翻和成鱼脊柱弯曲,但它们对软骨和骨骼发育调控存在不同机制。2、海洋青鳉鱼心脏发育受到TDCIPP和TPhP暴露影响,造成胚胎心率过缓和仔鱼心包-囊肿的异常现象。其中TDCIPP暴露造成海洋青鳉鱼心脏发育受损的主要原因可能在于AHR/ARNT受体被诱导,导致cyp1a和cox-2表达上调,同时还发现gata4基因表达上调。相较之下,TPhP影响机制则有所区别,TPhP虽然对arnt基因表达没有显著影响,但可能通过激活AHR/ARNT受体功能影响cyp1a基因表达。3、TDCIPP和TPhP暴露影响海洋青鳉鱼体内控制脂肪酸合成和代谢的相关基因表达,导致青鳉鱼体内脂肪酸代谢紊乱。其中仔鱼阶段,TDCIPP暴露导致脂肪酸合成控制基因(pparγ、accα、fas、srebp-1c和srebp2)表达上调,继而诱导脂肪酸合成增加,造成成鱼肝脏脂肪含量增加。而TPhP暴露导致脂肪酸合成和代谢相关基因(ppary、accα、fas、srebp-1c、srebp2、pparα和cpt-1)表达均下调,造成青鳉鱼体内脂肪酸代谢紊乱。4、TDCIPP和TPhP影响生物体内性激素含量和下丘脑-垂体-性腺轴(Hypothalamic-pituitary-gonadal axis,HPG)调控因子表达,导致生物体内雌二醇(17β-estradiol,E2)和睾酮激素(Testosterone,T)的比值增加,造成青鳉鱼性腺发育异常、性比异常等发育毒性以及繁殖力下降等繁殖毒性,并且对不同性别和世代暴露有不同的毒性效应。TDCIPP暴露导致与类固醇生成相关基因(cyp17a1、cyp19a、star、cyp11a、3β-hsd和 17β-hsd)和HPG 轴相关基因(gnrh2、gnrhr2、fshβ、lhβ、fshr和lhr)表达增加。暴露导致T转化相关基因(srd5a1)表达增加,而E2转化相关基因(cyp1a1和cyp1b1)表达基本稳定。这导致生物体内E2含量增加,T含量下降。TPhP暴露导致雄鱼中与HPG轴相关基因(gnrh2、fshβ和lhβ)表达增加,导致雌鱼HPG轴中与FSH生成相关基因(gnrh2、gnrhr2、fshβ和lhβ)表达增加。雌雄个体内,与T转化相关基因表达均增加,而E2转化相关基因表达均基本稳定。这导致雄鱼中E2和T含量均增加;雌鱼中E2含量增加,T含量基本稳定。此外,TDCIPP和TPhP导致肝脏中类雌激素干扰物标志物vtg基因表达量显著增加,表明二者可能通过类雌激素干扰物发挥作用。
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