利用斑马鱼模型研究多环芳烃的视觉发育毒性和机制

在前期实验中，我们观察到多环芳烃引起斑马鱼视觉发育障碍，这是多环芳烃的新毒性效应。本项目分别以萘、菲、芘和苯并（a）芘作为2-5环多环芳烃的代表，在实验生态条件下，以环境浓度的上述多环芳烃对斑马鱼的受精卵进行暴露，通过组织学和行为学观察，了解多环芳烃对鱼类胚胎视觉发育的影响，比较不同环数多环芳烃对视觉发育毒性大小的差异；通过检测多环芳烃进入视觉器官的途径，比较不同环数多环芳烃的侵入速度和代谢累积，理解不同环数多环芳烃对视觉器官产生毒性差异的原因；了解多环芳烃引起视觉发育障碍的细胞学机制，分析对多环芳烃产生视觉毒性效应的敏感发育时期；利用基因芯片技术全面寻找受多环芳烃干扰的视觉相关差异表达基因以及信号途径，进一步通过原位杂交和RT－PCR探讨多环芳烃引发视觉发育障碍的分子能机制。本项目的结果，对于进一步了解多环芳烃的毒性和机制，对于研究人类视觉出生缺陷的病因与环境污染的关系有重要的意义。

本项目以菲和苯并（a）芘（BaP）作为代表，研究多环芳烃的对鱼类胚胎视觉发育的毒性效应。根据斑马鱼转录组学的结果，苯并（a）芘暴露显著影响了许多基因的表达水平，基因功能分析显示BaP影响光受体维持和光传导的过程。通过光反应实验显示，BaP暴露的仔鱼对光反应能力下降。BaP显著减少了视神经节细胞的密度。结果显示BaP通过干扰光受体发育相关的基因导致视觉发育和功能的缺陷（Chemosphere 2014，108：55–61）。关于Phe的视觉发育的毒性机制，环境浓度的Phe暴露斑马鱼视网膜细胞凋亡、细胞增殖减少、发育延迟和形态改变。Phe暴露上调了芳烃受体的表达，下调了zinc finger E-box binding homeobox 1 (Zeb1)，发过来诱导眼炎相关转录因子mtif表达，抑制 pairedbox 6 (Pax6)，从而产生视觉毒性（Journal of Hazardous Materials 2013,261：172-180）。.此外，我们采用基因组学技术结合生化检测和形态学分析，全面探讨BaP和三丁基锡（TBT）对斑马鱼胚胎发育的联合毒性效应，结果显示：1）TBT共暴露能够挽救BaP单独暴露导致的胚胎孵化率的下降，与胚胎孵化相关的基因表达也是如此；2）BaP共暴露减少了TBT介导的脊柱弯曲，减缓了TBT单独暴露对Notch信号的干扰；3）TBT共暴露减少了BaP导致的心搏徐缓，可能是由于TBT减缓了BaP单独暴露对心肌细胞发育和钙离子处理相关基因的干扰；4）TBT共暴露产生了对BaP导致的氧化胁迫和DNA损伤的拮抗效应。这些结果提示毒理基因组学方法对分析联合毒性具有高的敏感性和精确性，对于化学物的联合效应的理解和预测具有明显的作用(Aquatic Toxicology 2015,158:157–164)。低浓度BaP长期暴露导致斑马鱼产生神经退行性样的疾病症状，这个结果提供了一个线索，指示BaP可能是人类神经退行性疾病的重要环境风险因子（Aquatic Toxicology 2015,167:200-208）。在雌性青鳉，低浓度的Phe长期暴露通过干扰脑-垂体-性腺轴的相关基因表达影响生殖机能，并且Phe可以通过母体转移到胚胎影响下一代的健康和数量的稳定（Aquatic Toxicology 2015,162：109-116）。