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氯氰菊酯诱导斑马鱼细胞凋亡和免疫毒性的机理研究

郑珊珊  
【摘要】:氯氰菊酯(Cypermethrin, CYP)是一种应用广泛的Ⅱ型拟除虫菊酯类农药,主要用于控制飞蛾等虫害。由于CYP的大量使用,绝大多数的CYP通过雨水以及地表径流进入到水生态系统中,可能对水生生物的安全造成严重的影响。为了解析CYP对水生生物的影响,本研究以典型的水生模式生物斑马鱼为实验动物,用不同浓度的CYP分别暴露成年及胚胎发育期斑马鱼,分别检测CYP对氧化应激系统相关基因、细胞凋亡相关基因以及免疫系统相关基因的表达的影响,并进一步用基因芯片技术分析CYP暴露对胚胎期斑马鱼基因表达谱的总体影响,以期综合探讨CYP对斑马鱼的细胞凋亡以及免疫系统的分子毒理机制。 首先,研究发现CYP能够诱导斑马鱼成鱼肝脏组织产生氧化应激、DNA损伤和细胞凋亡。用不同浓度CYP溶液处理斑马鱼4d、8d后,对氧化应激系统相关基因表达产生了显著的影响,能够诱导肝脏中Sod, Cat及Gpx基因表达量上调。同时,用高浓度CYP(1和3μg/L)处理可使与脂肪酸p-氧化、线粒体呼吸及ATP合成相关的主要基因表达量发生显著的变化。此外,在斑马鱼肝细胞的彗星实验中,彗尾DNA百分含量、彗星尾长、彗星尾矩及Olive尾矩等参数呈浓度依赖式上升,进一步说明斑马鱼即使在低浓度CYP暴露下也能够诱导其DNA损伤。同时还发现,经CYP暴露后,细胞凋亡通路相关基因包括p53、Apafl及Cas3等的表达量也有显著的增加。研究结果说明CYP对水生生物如斑马鱼具有氧化损伤、DNA损伤等严重的影响。 其次,用不同浓度CYP处理胚胎发育期斑马鱼3d,仔鱼中与细胞凋亡、免疫系统相关基因表达量也发生了显著的变化。高浓度(3和10μg/L)处理组中,与细胞凋亡相关的关键基因如P53、puma、Cas9及Cas3等mRNA表达水平显著上升。同时,CAS9和CAS3酶活水平也显著增加。另外,CYP处理的斑马鱼体内iNOS基因表达水平和总NO含量也显著提高;并且与先天免疫系统相关的基因如IFN、CXCL-cl、CC-chem和C3等表达水平也出现了显著的变化。以上研究结果说明CYP对胚胎发育期斑马鱼有显著的影响。 最后,通过Affymetrix斑马鱼基因芯片分析显示,斑马鱼胚胎经过3μg/LCYP暴露3d后,共有28个基因出现了显著性变化,其中26个基因上调,2个基因出现了下调。根据GOstat分析,CYP主要影响了斑马幼鱼体内的MAPK信号通路及丁酸盐代谢途径。 综上所述,CYP对斑马鱼具有较强的生物毒性,本研究结果可以为系统的评估CYP的生态风险提供证据。


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