Beta-肾上腺受体阻滞剂对鱼类内分泌干扰效应及分子机理研究

Beta-肾上腺受体阻滞剂是一类治疗心脑血管疾病的药物，药理作用是和beta-肾上腺受体结合但不使其活化。由于其在环境水体中的高检出率以及其本身具有的生物活性，其对于非靶生物（特别是鱼类）的生态毒性效应必须加以关注。然而，目前的相关研究还不深入，且基本上没有考虑到其手性特征。本课题以国际上广泛使用的模式动物斑马鱼和日本青鳉为受试生物，在考虑物化性质、药理特征以及环境浓度等的基础上，选用propranolol和metoprolol两种典型的手性beta受体阻滞剂（包括外消旋体和不同对映体），进行系统的毒性实验，不仅探讨beta受体阻滞剂单一以及联合暴露时对鱼类发育、生长以及繁殖等各方面的影响，并且拟用分子生物学研究手段，揭示其毒性作用的分子机理。这不仅能够为beta受体阻滞剂的生态风险评价积累科学的实验数据，同时，也将有助于我们对鱼类整个内分泌系统生理生化机理的进一步了解。

Beta-受体阻滞剂用于治疗心脑血管疾病，药理作用是和beta-肾上腺受体结合但不使其活化，应用广泛且用量巨大。鉴于此类药物的高检出率以及生物学活性，必须重视其对包括鱼类在内的水生生物的潜在危害。此外，之前的毒性研究基本没有考虑beta-阻滞剂的手性特征。本课题以模式鱼斑马鱼和日本青鳉为受试生物，选择propranolol和metoprolol（包括外消旋体和对映体），进行系统的毒性实验，通过不同生物学层面的毒理学指标，确认beta-受体阻滞剂对鱼类的毒性效应，并初步揭示下丘脑-垂体-肾上腺轴的调控作用。首先，通过幼鱼短期暴露，获得了propranolol的96-LC50，但未见其对映体差异；而50mg/L的metoprolol暴露未见对幼鱼有急性毒性。其次，胚胎毒性实验表明propranolol和metoprolol均可使致死率升高、孵化率下降，心率减缓，但也未见对映体差异。与药理作用相一致，心率最为敏感，可作为此类污染物的潜在生物标志物。再次，研究了亚致死剂量暴露对模式鱼的毒性，主要考察了肾上腺系统、抗氧化系统、细胞凋亡、解毒及应激蛋白等相关基因的转录水平。结果发现，对于幼鱼，beta-受体阻滞剂可抑制肾上腺受体基因的转录，但诱导抗氧化、凋亡以及应激蛋白相关基因。同时，对映体间差异显著, 表明转录水平更易于考察化合物毒性的手性差异。鉴于幼鱼在RNA提取时整体匀浆方法可能使组织和性别差异均质化，我们进一步通过成鱼暴露进行确证。取暴露后成鱼的脑、肝脏、性腺等组织，研究了上述基因的转录变化。研究发现propranolol暴露可导致上述基因的转录变化，并有对映体差异，且雄鱼的毒性效应更为明显。另外，propranolol暴露对脑中基因转录影响最显著。相对而言，metoprolol毒性效应较弱，组织差异不明显。最后，在单一暴露的基础上，我们研究了propranolol，metoprolol，atenolol和bisoprolol 联合暴露对模式鱼的毒性效应。初步研究发现，即便以目前所知最高环境浓度设定暴露条件，所考察的指标均无显著变化。综上，我们的研究对于评价此类污染物的生态毒性有一定的价值，指出了手性特征在毒性评价中的重要性，并证实beta-肾上腺受体在脊椎动物间的保守性。然而，在准确全面评价其生态风险之前，还需要更多基于多指标、多物种的长期暴露实验来确证。