母源性微囊藻毒素-LR暴露对仔鼠卵巢的发育毒性效应及机制研究

Due to water eutrophication and global climate change, cyanobacterial blooms are dramatically increased and have become an ecological disaster all over the world. Cyanobacteria can produce and release secondary metabolites microcystins (MC) into water, representing a great health hazard to animals and humans. In recent years, previous studies and our findings have suggested that MC cause reproductive and developmental toxicities to both fishes and mammals. However, data concerning effects of maternal exposure to MC on development of reproductive system in mammalian offspring are lacking, and no studies have focused on developmental toxicity of female reproductive system. Therefore, based on previous studies, the present project aims to establish chronic MC-LR exposure model of female rats (before mating to end of lactation), and blood and ovaries of female pup rats will be collected after weaning. We will investigate the accumulation and biotransformation of MC and its metabolites (MC-GSH/Cys), serum sex hormones, histological pathology, proteomics, metabolomics, and bioinformatic analyses of ovary. Based on these results, we will evaluate the effects of maternal exposure to MC on the development of ovary in female pups, and find out the key pathway of MC toxicity, revealing the underlying mechanisms. This study will provide a theoretical base for clarification of MC-induced human reproductive effects and for development of effective prevention and detoxification techniques.

由于水体富营养化与全球气候变化，蓝藻水华大量频繁暴发，成为全球性的生态灾难。蓝藻产生并释放次级代谢产物微囊藻毒素（microcystin，MC）到水体中，对动物和人类健康造成严重威胁。近年来，国内外学者和我们的研究都显示，MC对鱼类和哺乳动物具有生殖与发育毒性。但目前关于母源性MC暴露对哺乳动物子代生殖系统发育毒性的研究极为匮乏，尚无雌性生殖发育毒性的报道。因此，在前期研究基础上，本项目拟对雌性大鼠进行慢性MC染毒（交配前至哺乳结束），在仔鼠断乳后采集血液、卵巢等样品，对MC及其代谢产物MC-GSH/Cys含量、血清性激素水平、卵巢组织病理以及蛋白质表达谱、代谢物谱变化等进行系统的研究，借助生物信息学技术，研究母源性MC暴露对仔鼠卵巢发育损伤的毒性效应，确定MC作用的关键通路，揭示MC雌性生殖发育毒性的机制。本研究将为阐明MC对人类生殖健康的影响及预防和解毒技术的研发提供理论基础。

微囊藻毒素（MC）具有生殖发育毒性，对人类生殖健康造成威胁。本项目围绕这一主线，对雌性大鼠开展了急性与亚慢性MC暴露，研究了MC对亲代与子代不同发育阶段下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴的影响，探讨内分泌干扰效应在MC引起雌性生殖发育毒性中的作用。取得了如下成果：.雌性大鼠经MC急性暴露24小时后，下丘脑、垂体与卵巢均发生组织损伤。血清促性腺激素释放激素（GnRH）与雌二醇（E2）浓度下降，而促卵黄激素（LH）、促卵泡激素（FSH）与睾酮（T）浓度升高。HPG轴核受体及激素合成基因的转录也发生变化。MC干扰了HPG轴的负反馈效应，雌激素合成受到了明显的抑制。.雌性大鼠经持续染毒6周和12周后，MC对HPG轴不同水平激素的影响不同：下丘脑分泌的GnRH无显著性变化，在垂体水平6周和12周时呈现相反的结果，LH在6周时下降、在12周时上升，FSH在6周时无显著变化、在12周时上升，卵巢水平T和E2浓度均升高，而基因表达和激素水平响应也不一致。值得注意的是，有些激素和基因在2 μg/kg时就呈现出明显变化，和20 μg/kg结果不完全一致，这和经典毒理学的“剂量决定毒性”观点不同，可以归结为内分泌干扰物引起的非单调剂量反应。.雌性大鼠经MC暴露6周后，与未染毒雄鼠交配，继续染毒至妊娠20天。MC引起胎盘重量增加、组织损伤。蛋白质组学结果显示MC破坏细胞骨架，影响胎盘屏障与物质转运作用，代谢组学表明胎盘脂代谢等受到影响。此外，MC可能具有内分泌干扰作用，引起激素分泌异常与不良妊娠结局，甚至可能诱发先兆子痫。.雌性大鼠经MC暴露6周后，与未染毒雄鼠进行交配，继续暴露至出生后21天（PD21，哺乳期结束），研究母源性暴露对不同发育阶段子代卵巢的毒性效应。PD21仔鼠体重与卵巢重量均下降，血清E2浓度显著升高。PD70时FSH浓度升高，PD120时GnRH和E2都降低。卵巢激素合成与卵泡发育相关基因转录也发生变化。.这些结果表明MC通过干扰HPG轴，对雌性大鼠亲代与子代不同发育阶段的卵巢产生生殖发育毒性。进一步对哺乳动物与鱼类MC跨代发育毒性文献的总结，MC通过母源或者父源暴露产生跨代毒性，在未直接暴露的子代中发现MC累积，并且观察到肝毒性、肺毒性、神经毒性、生殖毒性及内分泌紊乱等，撰写了综述。通过梳理总结，我们对未来的研究重点有了更清晰的认识，为后续项目的开展打下良好的基础。