四溴双酚A对斑马鱼胚胎发育和神经行为毒性效应研究

Tetrabromobisphenol A (TBBPA), a wildly used bromination flame retardant, has been detected in biota and human tissue. Our previous study found that TBBPA has obviously developmental, and significantly neurobehavioral toxicity in zebrafish embryo. The structure similar compound bisphenol A (BPA), whose toxic target is through strong binding affinity for estrogen related receptor gamma (ERRγ). Therefore, we propose a hypothesis that TBBPA induced toxicity by combining with ERR γ receptor. This proposal will use zebrafish as the model animal and take the advantage of the modern molecular and epigenetic techniques in combination with variety toxicology methods to reveal the underlying mechanism for TBBPA-induced developmental and neurobehavioral toxicity. Using the acute or chronic TBBPA exposure, we will achieve the following objectives: 1) determine the developmental and neurobehavioral phenotypes, and the sensitive exposure window and dose effect; 2) use RNA-Seq analysis to study TBBPA toxic molecular mechanism, high throughput screening the effect genes, possible signal pathways and target proteins; 3) confirm the role of ERR γ receptor in TBBPA induced neurobehavioral toxicity, exploring whether ERR γ down-regulation and TBBPA exposure in embryonic period has the long-term developmental and neurobehavioral toxicity? The results of our research will not only reveal the underlying neurotoxicity mechanisms of TBBPA, but also provide strong scientific evidence for health risk assessment.

四溴双酚A（TBBPA）是被广泛应用的溴代阻燃剂，已在生物体和人体中普遍检出。申请人前期研究发现，TBBPA对斑马鱼胚胎发育具有显著毒性，尤其是对神经行为的影响。由于它的结构与双酚A类似，而后者又与雌激素相关受体ERRγ具有很高的结合力，所以申请人认为TBBPA也可能是通过与ERRγ受体的结合而产生神经毒性的。针对这一科学假设，本项目拟以斑马鱼为模式动物，采用传统毒理学和现代分子生物学研究手段，通过TBBPA急慢性暴露：1）确定TBBPA暴露对斑马鱼神经发育和行为运动的毒性表型；2）RNA-Seq分析TBBPA毒性的分子机制，高通量筛选TBBPA响应的敏感基因和可能的信号通路与靶蛋白；3）确认ERRγ受体在TBBPA神经毒性过程中的作用，探索是否对斑马鱼具有长期的发育神经毒性？研究结果不仅可诠释TBBPA的神经毒性作用机制，而且可为人类健康风险评价提供科学依据。

TBBPA是使用量最大的溴系阻燃剂，已在环境各种介质、生物和人体中普遍检出。前期研究发现，TBBPA可引起神经损伤和运动行为的改变，但各位学者的研究结果吻合度不高且缺乏作用机制的阐释。处于发育期的神经系统对污染物高度易感，本课题选择具有独特优势的斑马鱼模式生物，系统地研究急性TBBPA暴露对斑马鱼胚胎的神经行为毒性效应及其作用机制；并用环境低剂量长期暴露揭示TBBPA对斑马鱼在不同时期的发育和神经行为毒性，评估其对环境安全的风险。.TBBPA在8~48hpf窗口暴露与在48~96hpf窗口暴露相比，可引起畸形率和死亡率依剂量显著增加，5dpf仔鱼运动速度的显著下调，10dpf黑白区域探索中仔鱼在白区域滞留时间显著增加，11dpf鱼群Shoaling中仔鱼离散程度显著增加和12dpf镜面攻击中仔鱼攻击镜面次数显著增加。对暴露胚胎体内TBBPA含量检测发现，斑马鱼胚胎能快速的吸收和积累TBBPA，当脱毒后，TBBPA的含量显著下降。TBBPA窗口期暴露能显著增加24hpf胚胎在头部和尾部的细胞凋亡数量，迟缓运动神经元发育，并使肌肉纤维排列紊乱。RNA-Seq发现TBBPA在8~48hpf暴露可导致总共1969个差异表达的基因，信号通路分析发现神经发育、肌肉纤维收缩、细胞外基质分解和组织等生物学过程均具有显著改变，另外研究发现UGTs的一系列基因均显著上调，由此推测TBBPA暴露引起UGTs表达上调后，可降解体内T4，进而起到扰乱内分泌的作用，最终导致神经行为毒性。同时研究了环境低剂量TBBPA慢性暴露对斑马鱼的发育和神经行为毒性。研究发现慢性暴露后，斑马鱼体长和体重均显著下降，生长因子无差异。成鱼运动分析发现运动速度均显著上调。镜面攻击评价成鱼社会行为发现只有50nM TBBPA暴露雄鱼攻击镜面的次数明显增加，对雌性无显著性。总之，TBBPA慢性暴露对雄鱼成体期运动行为和镜面攻击社会行为的影响比雌鱼的影响大。综上所述，发育早期TBBPA敏感窗口期急性暴露可引起斑马鱼胚胎特异发育和神经行为毒性，TBBPA在斑马鱼胚胎中易吸收，易排出，TBBPA暴露引起胚胎发育早期神经相关生物学改变、神经相关各种分子和信号通路的改变。环境低剂量长期暴露TBBPA可引起成体期斑马鱼发育和神经行为毒性。研究结果提示TBBPA暴露对水生生物具有很强的神经行为毒性，对环境安全具有较高风险。