拟除虫菊酯对斑马鱼不同生命阶段的毒性效应及作用机制

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农药的生物毒性不但取决于与农药自身理化学性质,还与生物种类、生命周期和自然条件等因素息息相关。在农药水生毒性研究中,目前仍主要考虑生物单一生命阶段,对生物多阶段的毒性研究未见系统和深入报道。在本研究中,我们选取了广泛使用的两种拟除虫菊酯——胺菊酯(Tet)和甲氰菊酯(Fen)为目标性化合物,以三个不同生命阶段斑马鱼(胚胎、卵黄囊、幼鱼)为模式生物,系统探究了它们的毒性效应及其作用机制,并进一步从对映体层面进行分析。具体研究分述如下:首先确定了Tet在高效液相色谱(HPLC)上的手性分离条件。在得到对映体制备样的基础上,开展了它们在斑马鱼体内的选择性富集以及其对不同生命阶段关于发育毒性、雌激素效应和免疫毒性的差异研究。结果表明:(1)Tet具有显著的生物富集效应,尤其是(-)-trans-Tet。其体内浓度介于146.89至381.24 ng/g之间。而三个不同生命阶段的斑马鱼体内的生物富集系数(BCF)并没有显著的变化,但存在浓度依赖关系。(2)cis-Tet对胚胎和幼鱼的96h-LC50值分别为0.57±0.66和0.75±0.83 mg/L,而卵黄囊阶段的96h-LC50值大于1 mg/L,其不同阶段的毒性大小为:胚胎>幼鱼>卵黄囊。此外,Tet的暴露还能够引起斑马鱼胚胎-卵黄囊发育过程中一系列的不良影响,包括孵化抑制、心率下降、自主运动异常和生长抑制等多种致畸作用。其对映体间毒性大小为(+)-trans-Tet>(±)-trans-Tet>(-)-trans-Tet。(3)Tet还能影响斑马鱼体内内分泌及先天性免疫基因的表达。其中,(+)-trans-Tet能诱导胚胎及卵黄囊阶段Vtg相关基因的表达;cis-Tet能上调卵黄囊及幼鱼阶段的先天性免疫基因表达。且(+)-trans-Tet比(-)-trans-Tet表现出更强的干扰效应。其次,对Fen进行手性分离。开展了Fen外消旋体及其对映体在斑马鱼体内的选择性富集,进一步研究其对不同生命阶段斑马鱼关于发育毒性以及甲状腺干扰效应选择性差异。结果表明:(1)Fen在斑马鱼体内存在显著的生物富集效应,且呈浓度依赖关系,其体内浓度介于0.8至99.35 ng/g之间,优先富集S-Fen。三个不同发育阶段斑马鱼的BCF值存在显著差异,其大小为:幼鱼>卵黄囊阶段>胚胎。(2)cis-Fen对胚胎,卵黄囊及幼鱼的96h-LC50值分别为146.49±5.49,20.67±0.48和1.23±0.141 mg/L,其毒性性大小为:幼鱼>卵黄囊>胚胎。Fen的暴露还能够导致胚胎-卵黄囊发育过程中多种致畸作用。从对映体选择性致死和致畸效应分析表明,其毒性大小顺序为S-Fen>cis-Fen>R-Fen。(3)Fen还能对斑马鱼产生明显的甲状腺干扰效应。幼鱼发育阶段效果最为显著,相比其他两个发育阶段,其显著下调了TRβ,Dio2,TG和NIS基因的表达。进一步从作用机理分析可知,Fen对不同生命阶段斑马鱼的毒性机理是不同的。在胚胎及卵黄囊阶段,Fen通过影响甲状腺激素合成相关基因的表达,进而干扰鱼体内的甲状腺系统;而在幼鱼阶段,其通过影响甲状腺代谢与转化相关基因的表达,导致体内甲状腺激素失衡。且S-Fen比R-Fen表现出更强的干扰效应。
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