水环境中的孕激素类污染物对斑马鱼的内分泌干扰效应和分子机制

Progestogens are widespread in aquatic environment. Surprisingly little is known on their hazards and environmental risks for aquatic life. This research project will expand the knowledge on adverse effects of selected progestogens (e.g., progesterones and megestrol acetate)in a model fish, zebrafish. The H295R cells will be used as an in vitro model to test endocrine disruption in the steriod hormone synthesis pathway and also the cell signals involvement of the process. Transcriptomics, q-PCR and proteomics wiil be performend to search responsive genes and proteins in the endocrine system, to elucidate molecular effects and modes of action of selected compounds. Transcriptional effects are linked to physiological effects (e.g., inhibition of reproduction, sex hormones and vitellogenin, VTG). We will investigate the molecular mechanisms of gametogenesis upon progestogens exposure. We will also assess the effects of binary mixtures on fertility/reproduction and on blood plasma VTG and sex hormones and to determine addtive, antagonistic or synergistic interactions. To identify developmental effects of progestogens, transcriptomics and proteomics will be performed in zebrafish embryos/larvae. By analysis of effects concentrations in laboratory and comparsion to those in the aqautic environment, our research will provide novel information in terms of environmental hazards and risks of progestogens.

水环境中普遍存在较高含量的孕激素类污染物，但是对其环境风险了解的甚少。本项目以人肾上腺皮质瘤细胞株（H295R）为离体模型，选择我国水环境中含量较高的孕酮和醋酸甲地孕酮为代表，研究该类污染物是否影响类固醇激素途径而发挥内分泌干扰效应，并深入研究参与的细胞信号分子途径；运用转录组学、定量PCR、蛋白质组学等分子生物学技术，寻找受干扰的与内分泌相关的基因以及信号途径，进而探索污染物对斑马鱼繁殖的影响以及潜在的分子作用模式和机制；深入研究影响配子发生的分子机理；建立基因水平上的分子生物学响应与生理学、繁殖之间的联系；探索污染物复合暴露的影响；开展对斑马鱼胚胎和幼鱼期的发育毒性效应的研究，并与成体相比较，为开发以模式鱼类发育早期评价污染物的内分泌干扰效应提供新的尝试。结合水体暴露剂量的化学分析，与环境的相比较，全面了解孕激素类污染物的环境风险。

孕激素类化合物是一类广泛存在于水环境中，具有很强生物活性，可能对鱼类造成潜在威胁的类固醇类污染物。但是，并不清楚我国水体中的孕激素类物质是否对鱼类产生潜在影响。本项目以孕激素中的左炔诺孕酮（levonorgestrel, LNG），醋酸甲地孕酮（megestrol acetate, MTA）和孕酮（Progesterone, P4）为典型化合物，以离体细胞（H295R）和小型模式鱼类相结合的方法，采用单一和复合暴露的方式，系统研究了环境剂量的孕激素对鱼的下丘脑-脑垂体-性腺（HPG）轴的内分泌干扰效应和繁殖毒性，揭示了其对鱼类性别分化的影响。主要结果如下：（1） 研究发现斑马鱼暴露于MTA可导致血液中的性激素含量显著下降，并引起HPG轴中与性激素合成的基因表达下调，产卵量显著降低，表现为繁殖毒性效应；（2）进一步研究了环境剂量的MTA和雌激素乙炔雌二醇（EE2）复合暴露对斑马鱼的毒性效应，结果显示，复合暴露比单一暴露增强抑制斑马鱼产卵，同时发现，在复合暴露中，斑马鱼性激素的降低和对抑制HPG轴基因的表达主要由EE2引起，证明EE2在复合暴露中的主要作用；（3）发现环境剂量的LNG即可导致斑马鱼全部雄性化，进一步研究证明LNG作用于雄激素受体（AR），揭示了LNG具有很强的雄激素活性，同时发现LNG也改变与性别分化相关基因的表达；（4）以稀有鮈鲫为对象，完成了长期低剂量暴露MTA的内分泌干扰效应以及对对性腺中DNA甲基化水平的影响。总之，该项目结合化学测定暴露水体中孕激素和雌激素含量，同时与水环境中的含量相比较，发现环境剂量下的孕激素即可引起鱼类的内分泌干扰、繁殖毒性以及改变性别分化，并揭示了孕激素影响鱼类性别分化的机制。研究结果提示，我国水环境的孕激素对鱼类的繁殖具有潜在环境风险。