阿托伐他汀及阿司匹林对大型溞Nrf2/Keap1信号通路及DNA甲基化的影响

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药物及个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)是一类受到广泛关注的新型污染物,由于其具有―假持久性‖及一定的生物积累性,可能会对非靶标的水生生物造成潜在的生态风险。阿托伐他汀(Atorvastatin,ATV)和阿司匹林(Aspirin,ASA)分别是降血脂药物和非甾体类抗炎药的典型代表药物,在世界各地的水环境中可广泛检出。然而,目前关于阿托伐他汀和阿司匹林对水生生物的潜在影响研究较少,尤其是关于水生无脊椎生物的相关研究非常有限。本研究以模式生物——大型溞(Daphnia magna)作为研究对象,研究阿托伐他汀和阿司匹林急性暴露下大型溞Nrf2/Keap1信号通路及DNA甲基化的响应变化及慢性暴露下大型溞生理指标的响应变化。研究首先建立了大型溞DNA甲基化相关酶基因(DNMT3、TET2)和阿托伐他汀药物靶基因(HMG-Co AR)的荧光定量检测方法;在分子水平上,通过实时荧光定量PCR技术检测不同浓度的阿托伐他汀和阿司匹林单一暴露(24 h、48 h、96 h)下,Nrf2/Keap1信号通路相关抗氧化基因(Nrf2、Keap1、HO-1、GCLC、GPx、TRX、Trx R和Prx1)、DNA甲基化相关基因(DNMT1、DNMT3和TET2)、药物靶基因(HMG-Co AR)m RNA的表达变化;在生化酶学水平上,检测不同浓度的阿托伐他汀和阿司匹林单一暴露48 h下,抗氧化酶(SOD、CAT、GST、GPx和Trx R)活性变化和GSH、MDA含量变化;在个体水平上,通过21天慢性毒性试验,研究阿托伐他汀和阿司匹林对大型溞生长、繁殖等生理指标的毒性效应。实验结果表明,阿托伐他汀和阿司匹林均对Nrf2/Keap1信号通路调控的抗氧化基因转录表达有显著影响,具有一定的剂量/时间-效应关系,对抗氧化酶活性和GSH、MDA含量也有一定程度的影响。在阿托伐他汀暴露下,Nrf2与Keap1总体上呈负相关关系,Nrf2及下游抗氧化基因表达呈现24 h和48 h时被诱导,96 h多数被抑制的趋势。DNA甲基化基因(DNMT1、DNMT3)随着暴露时间延长呈现先下调再上调的趋势。HMG-Co AR在24 h和96 h时被较高浓度的ATV诱导表达;ATV暴露48 h时,抗氧化酶(SOD、GST、GPx和Trx R)活性增加,GSH的消耗和MDA的积累表明大型溞受到氧化胁迫;ATV的21天慢性毒性试验中,ATV对大型溞的生长、繁殖等方面造成不良影响(如蜕皮次数减少、第一胎产仔数和总产仔数减少、21天体长缩短等),且最高浓度组对大型溞表现出致死毒性。在阿司匹林暴露下,Nrf2表达在48 h时上调,在96 h时下调,Nrf2/Keap1信号通路下游抗氧化基因被不同程度地诱导表达,硫氧还蛋白系统基因(Trx R、TRX和Prx1)主要在暴露后期(96 h)时表达上调,发挥抗氧化作用。DNA甲基化基因(DNMT1、DNMT3)随着暴露时间延长呈现先上调再下调的趋势;ASA暴露48 h时,抗氧化酶(SOD、GST和GPx)活性增加,GSH含量减少而MDA含量增加,具有剂量依赖性,表明大型溞受到氧化压力;ASA的21天慢性毒性试验中,ASA表现出对大型溞的生长、繁殖能力的抑制作用(例如第一次怀卵时间推迟、21天体长缩短、心跳频率减慢)。综上所述,ATV和ASA两种污染物暴露下,大型溞均可通过Nrf2/Keap1信号通路调控氧化还原相关基因表达和酶活性,协调发挥作用以对抗氧化应激胁迫。慢性暴露21天均一定程度上抑制了大型溞的生长繁殖能力。DNA甲基化相关基因表达的响应变化提示表观调控可能参与到细胞抗氧化调控过程中,但需要进一步的研究。本研究从分子水平、酶活水平探究ATV和ASA对水生无脊椎生物——大型溞的Nrf2/Keap1抗氧化解毒代谢系统的影响,并结合个体水平上响应变化探究ATV和ASA对大型溞生长、发育、繁殖等生理指标的影响,对ATV和ASA暴露对大型溞的潜在风险进行评估,为进一步研究水环境中他汀类药物和非甾体类抗炎药等典型PPCPs类污染物对水生非靶生物的毒性机制和生态风险奠定基础。
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