手性多氯联苯在斑马鱼中的选择性蓄积及毒性差异研究

Polychlorinated biphenyls (PCBs) is highly toxic with three-induced effects. Previous studies have shown that PCBs can produce tissue distortion, reproduction and neurotoxicity by destroying the balance of oxidative stress. However, the enantioselective differences and toxic mechanism for PCBs are still unclear. This project will investigate toxic differences of PCBs' enantiomers to early development of zebrafish, by observing toxicological endpoint in development from embryo to larval and detecting several biomarkers of oxidative stress including main antioxidant enzymes, active oxygen and lipid oxidation products, and gene expression. Then, the enantioselective accumulation and dissipationn, main metabolic pathway and mutual transformation between enantiomers of chiral PCBs in zebrafish will be explicit using long-term exposure experiment. Finally, the oxidative damage and selective toxicity mechanism of chiral PCBs in different developmental stages of zebrafish will be explored, basing on the relativity among dose, toxicity, and accumulation and metabolism behavior in vivo. These works are of great significance to more comprehensive evaluation of environmental behaviors and ecotoxicological assessment of chiral PCBs.

多氯联苯（PCBs）具有"三致"毒性。虽已有研究表明PCBs可通过破坏机体氧化应激平衡而产生神经和生殖毒性，导致组织器官畸变，但PCBs对机体氧化应激毒性是否具有对映体选择性差异，以及相关的毒性机制如何尚不清楚。本项目拟通过观察斑马鱼胚胎-幼鱼发育过程中的毒理学终点，测定斑马鱼体内的主要抗氧化酶、活性氧和脂质氧化产物等氧化应激生物标志物及相关基因表达水平，研究手性PCBs对斑马鱼早期发育的选择性毒性差异。然后通过斑马鱼成鱼的长期暴露实验，明确PCBs在其体内的选择性蓄积和消除规律、主要代谢途径以及对映体之间的相互转化行为。最后通过剂量、毒性以及蓄积代谢行为之间的相关性，探寻手性PCBs对斑马鱼不同发育阶段的氧化损伤毒性及其选择性作用机制。项目的实施对全面评价手性PCBs的环境行为及其生态毒理学评估具有重要意义。

多氯联苯（PCBs）具有“三致”毒性，但PCBs 对机体氧化应激毒性是否具有对映体选择性差异，以及相关的毒性机制如何尚不清楚。本项目首先对常温异构稳定的19种PCBs对映体进行了液相色谱分离及出峰顺序考察，发现除PCB197以外，其他18种PCBs能在至少1种色谱柱上得到较好分离；Cellulose-1、Cellulose-3和Cellulose-4色谱柱分离效果较好，低温更利于分离，在此基础上制备了PCBs91和149等目标PCBs的单一对映体。. 不同形式PCB91的斑马鱼蓄积消除暴露试验结果发现，成鱼对PCB91蓄积呈现立体选择性差异，(-)-PCB91会优先被富集，且两个对映体之间不存相互转化行为。PCB91暴露对斑马鱼脑及肝脏组织内的ROS、MDA等抗氧化指标的影响均具有选择性差异，且与含量存在一定剂量-效应关系。PCB91会引起脑组织产生大量炎症细胞浸润和由神经纤维损伤引起的脱髓鞘病变，也会对斑马鱼造成氧化胁迫，但抗氧化酶活性与其含量相关性较小，与抗氧化基因表达之间也未呈现显著相关性。. 不同发育时期斑马鱼PCB149暴露试验结果表明，rac-PCB149在早期发育阶段蓄积浓度呈显著的立体选择性差异，(-)-PCB149被优先富集。但随着暴露浓度的增加及时间的延长，该选择性趋于不显著，两个对映体之间也未相互转化。在胚胎-仔鱼阶段，主要由(-)-PCB149引起斑马鱼体内基因表达紊乱，而在成鱼阶段，不同形式PCB会对基因表达存在立体选择性影响，脑组织中目的基因的表达与PCB149含量的相关性要大于肝脏组织，从而对不同组织造成一定差异的损伤毒性。. 斑马鱼靶向和非靶向代谢组学分析结果显示，PCBs 91、149、95和136等不同种类PCBs及同一PCB的不同形式暴露，都会引起胚胎-仔鱼体内的多数小分子代谢物含量紊乱且呈现立体选择性差异。PCBs91和149会导致胚胎中部分氨基酸代谢物含量显著下降，其不同形式对胚胎及仔鱼体内的精氨酸和脯氨酸代谢通路，丙氨酸、天冬氨酸、谷胱氨酸代谢通路等会产生一定差异的影响，而这两条代谢路径参与细胞生长和发育阶段的基因和表观遗传调控，从而导致斑马鱼的选择性毒性反应。相关研究结果对全面评价手性PCBs 的环境行为及其生态毒理学评估具有重要意义。