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三丁基锡(Tributyltin,TBT)是一类具有芳香化酶(Cyp19a1)抑制剂作用的有机锡,被广泛用于杀虫剂、木材防腐剂及船舶防污剂等。过去的有限研究发现TBT能导致多种鱼类配子发生障碍和繁殖行为异常,但是影响配子发生和繁殖行为的内在机理尚不明确。为深入研究TBT对鱼类配子发生和繁殖行为改变的内在机制,本研究以斑马鱼(Danio rerio)成鱼为实验对象,用TBT(100ng/L,500ng/L)对其进行了28天的暴露。研究发现:1.TBT暴露的斑马鱼雌性产卵量下降、孵化率降低、胚胎死亡率升高;同时,斑马鱼雌性的性腺成熟度(GSI)显著下调。此外,暴露鱼血浆中E2水平下降,卵巢中芳香化酶(cyp19a1a)的mRNA水平下调,暗示TBT可能通过抑制Cyp19a1活性及转录水平,阻断E2合成,从而干扰卵巢的正常发育。研究还发现,TBT暴露后斑马鱼卵巢中早期卵母细胞(PG期)比例上升;与之相对应的是,TBT暴露显著上调了卵巢中减数分裂相关基因(如:aldh1a2、sycp3及dmc1)的mRNA水平,暗示TBT可能通过激活减数分裂,导致卵子发生异常。此外,我们还发现生长期卵母细胞(EV、MV、FG期)比例下降;这与肝脏中卵黄蛋白原基因(vtg1)的mRNA水平下调吻合,暗示TBT可能导致卵黄蛋白合成受阻,从而抑制生长期卵母细胞发育。TBT暴露斑马鱼雄性其精子数量下降、受精率降低,而胚胎死亡率显著升高。组织学分析发现,TBT暴露的斑马鱼精巢中精母细胞数量增多;精子数量减少,并出现严重的空腔化,表明精子发生严重受阻。过去的研究发现,雄激素对精子发生具有促进作用。本研究发现,暴露后的斑马鱼血浆中E2水平显著下调,而雄激素(11-KT)水平上调,表明雄激素的变化可能并非精子发生障碍的原因。众所周知,鱼类的精子发生包含了生殖细胞增殖、减数分裂和细胞凋亡阶段。本研究发现,TBT暴露雄鱼的精巢中生殖细胞增殖相关基因(cyclind1、pcna)的mRNA水平显著下调,暗示TBT可能干扰生殖细胞增殖;相反,减数分裂相关基因表达(如:aldh1a2,sycp3及dmc1)的mRNA水平显著上调,这与组织学发现的精母细胞数量上升吻合。然而,减数分裂标记基因cyp26a1的表达则显著下调,暗示生殖细胞可能被阻断在精母细胞期,这与精巢中精母细胞增多、精子数量减少的结果一致。有研究发现,细胞凋亡也在精子发生中扮演重要角色。本研究发现,TBT暴露后精巢中与细胞凋亡内源途径(bax/bcl-2)和外源途经(tnfrsf1a/tnfrsf1b)相关基因均显著上调,表明:TBT可能通过内源和(或)外源途径,增强生殖细胞的凋亡。这可能是精巢中精子数量减少,并出现大量空腔的重要原因之一。2.TBT暴露显著抑制了斑马鱼雌性和雄性的繁殖行为(如“相遇次数”、“雌雄鱼进入产卵区的时间”等),这与TBT暴露后,雌雄性斑马鱼血浆中E2水平的下降一致。由于E2(如脑中合成的雌激素)在斑马鱼繁殖行为调节中起重要作用,因此E2水平的下降可能是繁殖行为异常的直接原因之一。同时,雌雄斑马鱼脑中参与繁殖行为调节的相关基因(如:cyp19a1b、gnrh-3、kiss2)的表达均显著下调,暗示TBT可能通过干扰斑马鱼脑中GnRH/Kisspeptin系统,导致斑马鱼繁殖行为异常。另一方面,我们还发现TBT暴露雌鱼脑中参与5-羟色胺(5-HT)合成的相关基因(kiss1、pet1、tph2)表达均显著下调,暗示TBT暴露通过抑制斑马鱼脑中5-HT合成,导致斑马鱼雌性非繁殖行为增强,从而间接干扰繁殖行为。此外,TBT暴露后,斑马鱼雄性与嗅觉系统相关的标记性蛋白ompb的mRNA水平显著下调,与繁殖行为异常一致。综合上述结果,TBT不仅严重干扰了斑马鱼雌雄性的配子发生,导致配子发生障碍,影响配子的产量和质量,此外,还导致诸多繁殖行为异常。这些影响将不可避免对鱼类产生严重的生态学后果,其生态风险值得警惕。