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环境学院郑春苗课题组在ES&T上发表双酚S对斑马鱼毒性效应的最新研究成果

2020-01-13

环境学院郑春苗课题组利用转录组方法揭示了双酚S (BPS)对斑马鱼幼鱼免疫功能的影响和心脏的毒性效应及其作用机制。研究成果在环境领域顶级期刊Environmental Science and Technology上发表:“Transcriptomic Responses of Bisphenol S Predict Involvement of Immune Function in the Cardiotoxicity of Early Life-Stage Zebrafish (Danio rerio)”。论文第一作者为环境学院研究助理教授裘文慧。郑春苗和美国加州大学Daniel Schlenk为共同通讯作者。

图1. 本研究流程示意图

作为一种新兴的环境污染物, BPS广泛地存在于沉积物、地下水污泥和地表水中,甚至在人体的血液和尿液中也有检出。BPS是双酚A(BPA)的一种替代物质。BPA广泛存在于聚碳酸酯塑料、热敏纸及其他各种消费产品中。并有大量研究表明BPA存在雌激素效应、细胞毒性、基因毒性、神经毒性和免疫毒性。然而,相较于BPA的毒性效应研究,有关BPS的毒性效应研究还相对较少。根据已有初步研究结果已经显示环境中低浓度的BPS对于人体和动物具有类雌激素效应,免疫毒性等,然而有关的BPS的毒性机理研究仍不清晰。本研究以斑马鱼为研究对象,利用转录组学方法,揭示了双酚S (BPS)对斑马鱼早期发育的毒性效应及其作用机制。

图2. BPS浓度为0.1, 1, 10和100 μg/L 暴露下的经典通路分析

本研究中将斑马鱼暴露在BPS的环境浓度下(0.1-100 mg/L), 通过全基因组测序,同时利用GO、KEGG和IPA三种分析方法,共同揭示了BPS影响斑马鱼在胚胎-幼虫期的最重要的经典通路为心脏肥大通路(Cardiac hypertrophy signaling (Enhanced)),表明BPS环境浓度变化对斑马鱼生长发育的心脏毒性作用。而与转录组结果相一致的是,我们对斑马鱼心脏发育行为进行了表型观测和病理学切片,发现BPS的暴露导致斑马鱼幼虫的心脏形态异常现象。BPS浓度为100ug/L的暴露导致斑马鱼心率降低8.7±2.4%;房室面积明显增大,约36.2±9.6%。本研究是首次报道BPS的暴露可能会对心脏健康具有一定的风险。

转录组数据还表明,BPS暴露导致的心脏毒性作用很可能与炎症极度相关。转录组的结果表明:1、在心脏毒性分析的经典通路中有很多基因是炎症相关基因,2,调节心脏毒性的最重要上游调节因子为Hepatocyte nuclear factor-1α以及细胞因子。我们后续的实验及原位杂交结果也证实了这一结果,BPS的暴露导致斑马鱼幼鱼体内的免疫蛋白一氧化氮合成酶(NOS2)与白介素12(IL12)显著升高,同时原位杂交的结果表明BPS暴露后中性粒细胞在心脏区域显著增多。

图3. BPS暴露下斑马鱼幼虫的炎症相关蛋白变化及心脏心态学分析

本研究中结合了转录组基因组装、基因表达、蛋白功能和免疫组化等多个手段探究BPS对鱼类的毒性作用,研究结果对深入认识BPS在斑马鱼早期发育中的的毒性机制有重要的作用。该项研究将促进我们对于硬骨鱼发育过程中的各种生物效应有更进一步的认识,并且心脏毒性有可能将此作为BPS暴露下评估鱼类毒性的生物指标之一。

该研究得到了国家自然科学基金青年基金(21707064)、  国家重点研发计划(2016YFC0402806和2018YFC0406504)、国家环境保护流域地表水-地下水污染综合防治重点实验室、广东省土壤与地下水污染防控及修复重点实验室(2017B030301012)等的经费支持。

 

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.9b06213