SiO2纳米颗粒对斑马鱼行为及其卵巢毒性效应的研究

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SiO2纳米颗粒(SiO2-NPs)由于具有粒径小、比表面积大、活性中心多等独特性能,被广泛地应用于化妆品、医药、建筑、电子等行业。SiO2-NPs能通过呼吸、皮肤接触、食物进入到人体内,并通过血液循环、淋巴循环到达人体各个组织器官,对人类的健康产生潜在的影响。卵巢的发育及其功能受到下丘脑-垂体-性腺轴(HPG axis)的严格调控,当受到外界环境因素影响时,该调控就会被破坏,影响卵泡的分化、成熟及排卵等,因此相比于雄性来说,雌性在应对外界不利因素时显得更加脆弱。累积在成熟卵泡中的SiO2-NPs有可能对后代产生一定的影响。而目前关于研究SiO2-NP暴露引起生殖系统尤其是雌性生殖系统的生物学毒性效应的研究报道较少,生物毒性效应机制尚未明确。为了阐明SiO2-NPs对雌性卵巢毒性的影响及其分子机制,本研究中首先对SiO2-NPs暴露下斑马鱼的行为学变化进行了研究;并利用CCK8测定、氧化应激测定、单细胞凝胶电泳(SCGE)、电镜实验、RT-PCR和Western blot等方法,从细胞水平和分子水平研究SiO2-NPs对雌性斑马鱼的卵巢毒性效应机制。本研究获得的主要结果如下:1、利用在线生物监测仪发现,相较于正常水质,在600mg/L和1200mg/L SiO2-NPs暴露下,斑马鱼的游动行为发生改变,游动速度在第6h的降幅达到30%50%,与暴露前相比差异具有统计学意义(p<0.05);游动高度稍滞后于游动速度,在第19h迅速下降,24h时降幅达到90%以上;斑马鱼原有通讯行为也发生改变,平均距离和分散度显著下降(p<0.05)。2、对斑马鱼卵巢基质细胞的毒性研究,发现SiO2-NPs对斑马鱼卵巢基质细胞24h的半数致死浓度(IC50)为49.265mg/L。SiO2-NPs暴露下,相较于对照组,细胞SOD活力、MDA含量显著性升高(p<0.05),CAT活力显著性下降(p<0.05),LDH活力有所上升,但不具有统计学差异;SCGE结果显示,SiO2-NPs暴露下,细胞尾部DNA百分比含量、尾长、尾距相较于对照组来说显著上升(p<0.01)。较高SiO2-NPs暴露浓度(2mg/L和8mg/L)生殖相关激素基因lhb和vtg1基因表达水平显著上升(p<0.05),lhr表达水平显著下降(p<0.01),fshr表达水平下降,但差异不具有统计学意义;癌症相关基因tet2、mbd2、brg1和snrpb基因表达水平显著上升,差异具有统计学意义(p<0.05)。3、透射电子显微镜下,较高浓度SiO2-NPs暴露下能明显看到Si O2-NPs进入到了卵巢组织中,但暂时并未引起明显的病理学变化。对卵巢脏器系数统计发现,相较于对照组,暴露组卵巢脏器系数显著性下降(p<0.05)。1200mg/L SiO2-NPs暴露下,lhr的基因表达水平显著下降,差异具有统计学意义(p<0.01),mbd2表达水平显著上升,差异具有统计学意义(p<0.01),同时对其蛋白表达水平进行检测发现,LHR和MBD2的蛋白表达水平与基因表达水平相一致。综上所述,SiO2-NPs能够引起斑马鱼游动行为的改变,远远提前于机体的损伤或死亡时间,因此可利用斑马鱼的游动行为变化实现对SiO2-NPs的早期预警作用。SiO2-NPs能够改变斑马鱼氧化应激指标和引起DNA损伤从而产生遗传毒性;并可以改变雌激素相关基因的表达和癌症相关基因的表达,影响HPG axis的平衡和导致癌症发生的可能。
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