全氟己烷磺酸对斑马鱼的毒性研究

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全氟和多氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)具有良好的物理化学性质,自投入使用后广泛应用于世界范围的工业产品和商业消费品中。其中,全氟己烷磺酸(Perfluorohexane sulfonate,PFHxS)作为全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane sulfonate,PFOS)的短链同系物替代品,由于近年来使用量不断增加,环境排放量也随之剧增,目前已在多种环境介质中被检出,且因其具有良好的水溶性,水体成为其存在最广泛的环境介质。但目前仍缺乏PFHxS对水生生物的毒性效应全面、系统的研究。因此,本文以经典模式水生生物——斑马鱼为研究对象,以PFOS为阳性对照,探究PFHxS对斑马鱼胚胎及不同性别成年斑马鱼的毒性效应及分子机制。具体研究结果如下:(1)评估了生命早期暴露PFHxS对斑马鱼胚胎的急性毒性和发育毒性。实验显示,暴露于PFHxS导致120 hpf斑马鱼幼鱼半数致死浓度LC50为508.11μM,高于PFOS LC50值45.11μM。进一步观察24-120 hpf的斑马鱼表观形态学指标发现,高浓度的PFHxS可导致斑马鱼在发育过程中出现脊柱侧弯、心包水肿、卵黄囊水肿等畸形表征。低于100μM(非致死剂量)PFHxS暴露可造成斑马鱼胚胎的自旋运动改变,幼鱼的心跳速率和血液流速加快,并抑制幼鱼的正常运动能力。此外,PFHxS可引起转基因斑马鱼Tg(fabp10a:ds Red;ela3l:EGFP)、Tg(zp3:fsta,myl7:EGFP)幼鱼心脏损伤、肝脏和外分泌胰腺异常增生。探究其分子机制,发现PFHxS暴露导致myh7、tbx20、fgf8a等心脏发育相关基因上调,诱导cyp17a1、cyp11a1、lhr等性腺发育基因下调,并引起esr1、star、vtg等基因相对表达量显著改变。基于心脏、性腺发育和相关信号通路的实验数据显示PFHxS对斑马鱼胚胎造成不可逆的性腺发育毒性和心血管毒性效应。(2)系统评估了PFHxS暴露后对雌性斑马鱼的毒性效应。模拟环境暴露剂量设置0.02μM、0.2μM PFHxS暴露成年雌性斑马鱼,通过石蜡切片观察到雌鱼肝脏内肝细胞膜有消失的趋势,酶浓度异常。卵巢内成熟卵母细胞变少、卵黄颗粒少且不清晰,cyp19a1a、cyp11a1、fshr、vtg等基因相对表达与对照组相比降低,显示PFHxS可能具有抗雌激素效应。心脏较对照组表现出心肌肥大、心肌细胞变粗,基因表达显示myh7、myh6心肌蛋白的表达下调。雌性斑马鱼肠道切片中可清楚看到肠绒毛顶端损伤、杯状细胞和肠上皮细胞脱落,肠道内炎症因子的表达量检测发现促炎因子tnfα的表达上调。(3)对比研究了PFHxS暴露雄性斑马鱼的毒性效应,评价其性别差异。设置与雌鱼相同暴露浓度,观察暴露14 d后成年雄性斑马鱼发现,雄鱼肝细胞水肿、气球样变性。肝脏内GPT、T-CHO、TG等酶浓度异常。雄鱼精巢内精囊减少、空隙增大,脑中Ach E酶浓度升高,cyp19a1a、cyp11a1、fshr、lhr、hsd17β3等HPG轴相关基因表达下调,PFHxS对雄鱼造成抗雌激素效应。经暴露,雄鱼心脏心肌肥大,心肌细胞变粗的情况与雌鱼相似,myh7、myh6表达下调,具有与阳性对照表达量相当的程度。观察肠道HE、AB-PAS病理切片发现,肠绒毛受损、肠腔内部结构发生改变,促炎因子il-1β较对照组表达量增加。综上所述,PFHxS整体上表现出弱于PFOS的毒性特征,但仍对斑马鱼造成不可逆的胚胎发育毒性、心血管毒性、生殖毒性以及内分泌干扰效应。本论文所获得的实验结果为系统评估PFHxS的生物安全性和人体健康效应提供了科学依据,并有助于未来科学管控PFHxS的生产和使用。
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