水生所关于十溴二苯乙烷的毒性作用机制研究取得重要进展
十溴二苯乙烷(DBDPE)作为十溴二苯醚(BDE-209)的替代品,在环境和生物介质中的含量已经超过BDE-209,成为我国环境中广泛存在的一种新污染物。新污染物的危害往往具有隐蔽性,这不仅体现在由宏观水平向微观水平的转变,也表现为时间尺度上的迟发性。因此,深入研究DBDPE的毒性效应和作用机制,对于科学评估其生态和健康风险至关重要。近期,中国科学院水生生物研究所周炳升团队在环境科学领域权威期刊Environmental Science & Technology先后发表3篇论文,系统揭示了DBDBE长期低剂量暴露对斑马鱼的传代/跨代毒性和作用机制,并进一步明确了线粒体损伤在DBDPE诱导发育毒性过程中的重要作用。
研究团队将F0代斑马鱼胚胎暴露于环境相关浓度的DBDPE至性成熟,繁殖产生F1代于清水中培养至性成熟,继续繁殖产生F2代。通过化学分析方法发现,DBDPE可以在F0代斑马鱼体内蓄积,但在未暴露的F1、F2后代中并未检测到DBDPE;成年阶段斑马鱼的生长和行为指标的变化,表明DBDPE全生命周期暴露造成对斑马鱼多代和跨代神经毒性;进一步研究发现,母源因子(如神经递质)传递异常、DNA损伤等对DBDPE引起的传代/跨代毒性具有重要贡献(图1)。
图1 DBDPE诱导多代/跨代神经毒性的潜在机制
生物体在早期发育阶段对污染物非常敏感。因此,研究团队继续评价了F0代DBDPE暴露对斑马鱼的多代/跨代早期发育毒性,发现与受到直接暴露的F0代(早期发育阶段暴露)和F1代(生殖细胞阶段暴露)仔鱼相比,未接受暴露的F2代仔鱼表现出更为明显的发育异常;通过DNA甲基化组和转录组学联合分析,结合多层次指标验证,发现仔鱼体内神经发育及糖脂代谢相关的过程发生紊乱,特别是F2代仔鱼体内线粒体功能相关基因显著被抑制(图2)。
图2 DBDPE全生命周期暴露扰乱仔鱼糖脂代谢、能量代谢和神经发育
该研究团队进一步通过DBDPE短期暴露斑马鱼,验证了线粒体损伤在DBDPE诱导毒性效应过程中的作用。首先,通过非靶向代谢组学结合多种生理生化及行为学指标,证实DBDPE暴露会改变仔鱼的糖脂代谢过程,引起氧化应激并导致神经发育毒性;通过线粒体压力测试,证实DBDPE暴露会抑制线粒体呼吸,并造成线粒体功能障碍,包括显著抑制线粒体呼吸复合物活性、改变线粒体膜电位并减少ATP生成量;当加入NR与DBDPE共同暴露后,DBDPE引起的毒性效应均会减弱或消失,表明线粒体功能障碍可能与DBDPE诱导的神经毒性和糖脂代谢紊乱有关(图3)。
图3 线粒体对DBDPE诱导的代谢紊乱和神经毒性具有调控作用
上述研究成果先后发表于Environmental Science & Technology杂志,孙玉苗博士、杨丽华青年研究员分别为论文的第一作者,周炳升研究员、杨丽华青年研究员、朱璧然副教授分别为论文的(共同)通讯作者,该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的资助。文章链接:
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.3c04578;