菲和芘的心臟發(fā)育毒性及其機(jī)制的研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一類廣泛分布于環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物(POPs)。眾多研究表明，PAHs不僅具有較強(qiáng)的致癌、致畸和致突變性，還具有胚胎發(fā)育毒性，尤其是心臟發(fā)育毒性。但到目前為止， PAHs心臟毒性的研究多集中于高濃度的急性暴露，而對(duì)環(huán)境濃度的PAHs暴露是否會(huì)同樣的引發(fā)心臟發(fā)育毒性，研究還甚少;且關(guān)于低環(huán)數(shù)的PAHs的心臟發(fā)育毒性機(jī)制研究尚不清楚。本研究分別選取3環(huán)的菲(Phe)和4環(huán)的芘(Pyr)，在環(huán)境水平(0，0.05，5

2、，50 nM)暴露斑馬魚(Danio rerio)胚胎，應(yīng)用生態(tài)毒理學(xué)和分子生物學(xué)技術(shù)檢測(cè)在胚胎發(fā)育過程中其對(duì)心臟發(fā)育的毒性效應(yīng)，旨在探討:(1)環(huán)境濃度的Phe、Pyr暴露是否同樣會(huì)引發(fā)心臟發(fā)育缺陷;(2)比較Phe、Pyr暴露對(duì)魚類心臟發(fā)育毒性效應(yīng)的差異;(3)比較分析其可能的作用機(jī)制。結(jié)果顯示:
　　 1)斑馬魚受精卵在環(huán)境水平的Phe暴露下，在胚胎發(fā)育過程中，各處理組心臟均產(chǎn)生一定的畸形，且總的心臟畸形率呈顯著性上升，主

3、要畸形特征表現(xiàn)為:心包囊水腫、心房與心室重疊減少、心室擴(kuò)大等。通過HE染色等組織學(xué)方法分析顯示，Phe暴露能引起斑馬魚胚胎心室腔變大，心室壁變薄，心室心肌細(xì)胞層膠原含量增加等畸形。同時(shí)，與心臟形態(tài)形成相關(guān)的MMP-9基因，不論是轉(zhuǎn)錄水平、蛋白水平還是蛋白活性均呈顯著性上升，且通過使用MMP-9抑制劑特異性的抑制MMP-9活性，Phe暴露引發(fā)的心臟發(fā)育缺陷在很大程度上得到了緩解。另外，心室細(xì)胞層中，在心肌纖維化過程中與膠原合成密切相關(guān)的調(diào)

4、控因子TGF-β的表達(dá)也呈顯著性上升。這些結(jié)果表明，Phe暴露可能通過誘導(dǎo)MMP-9表達(dá)、增加MMP-9活性，促進(jìn)心肌細(xì)胞間質(zhì)ECM降解、導(dǎo)致腔室壁變薄;Phe暴露同時(shí)誘發(fā)TGF-β1調(diào)節(jié)的膠原合成的增加，最終導(dǎo)致心臟畸形。
　　 2)環(huán)境濃度的Phe暴露不僅對(duì)心臟形態(tài)發(fā)育產(chǎn)生不良影響，同時(shí)也導(dǎo)致心臟機(jī)能障礙。Phe暴露72h，各處理組心跳速度呈顯著性上升，且表現(xiàn)出嚴(yán)重的不規(guī)律性，舒張/收縮末期容積(EDV、ESV)上升，每搏輸

5、出量(SV)下降，心輸出量(CO)減少等。通過體外暴露大鼠心肌細(xì)胞研究發(fā)現(xiàn)，Phe暴露導(dǎo)致細(xì)胞胞漿內(nèi)Ca2+滯留嚴(yán)重，Ca2+濃度呈顯著性上升，而肌漿網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)存的Ca2+則明顯減少;肌漿網(wǎng)鈣泵ATP酶SERCA2a基因轉(zhuǎn)錄水平、蛋白表達(dá)及其活性均顯著性下降;另外，SERCA2a的一個(gè)重要調(diào)節(jié)因子Tbx5的表達(dá)也顯著性下降。這些結(jié)果表明，Phe可能通過抑制Tbx5表達(dá)，使得SERCA2a表達(dá)降低，心肌細(xì)胞肌漿網(wǎng)對(duì)胞漿中Ca2+攝取減少，胞漿

6、中Ca2+滯留而擾亂了心肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡，最終導(dǎo)致收縮、舒張紊亂并引發(fā)心率不齊。
　　 3)環(huán)境濃度的Pyr暴露引發(fā)與Phe類似的心臟發(fā)育毒性，如:心包囊水腫，心臟非正常環(huán)化，心室壁變薄，心室細(xì)胞層膠原含量增加，心跳加快等。但是Pyr暴露72h，EDV、ESV均表現(xiàn)出不同程度的下降趨勢(shì)，且都在50 nM呈顯著性下降，SV在50 nM處理組顯著性減小，CO則沒有發(fā)生明顯的變化。然而，在作用機(jī)制上Pyr和Phe卻不盡相同，Pyr暴

7、露并不會(huì)引起斑馬魚胚胎MMP-9基因表達(dá)的變化，Bmp2b，Nkx2.5基因的表達(dá)卻都呈顯著性下降。因此，Pyr暴露可能是通過影響B(tài)mp2b的表達(dá)調(diào)節(jié)Nkx2.5，從而影響心臟心肌細(xì)胞的分化，進(jìn)而導(dǎo)致心臟發(fā)育缺陷。
　　 綜上所述，本研究表明環(huán)境濃度Phe和Pyr暴露均能引發(fā)類似的心臟發(fā)育毒性，但在作用機(jī)制上兩者卻不盡相同。Phe主要是通過MMP-9介導(dǎo)的相關(guān)途徑誘發(fā)心臟發(fā)育缺陷和通過擾亂心肌細(xì)胞Ca2+平衡引發(fā)心臟功能障礙，而