菲和芘的心臟發(fā)育毒性及其機制的研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是一類廣泛分布于環(huán)境中的持久性有機污染物(POPs)。眾多研究表明，PAHs不僅具有較強的致癌、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，而對環(huán)境濃度的PAHs暴露是否會同樣的引發(fā)心臟發(fā)育毒性，研究還甚少;且關于低環(huán)數(shù)的PAHs的心臟發(fā)育毒性機制研究尚不清楚。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，應用生態(tài)毒理學和分子生物學技術檢測在胚胎發(fā)育過程中其對心臟發(fā)育的毒性效應，旨在探討:(1)環(huán)境濃度的Phe、Pyr暴露是否同樣會引發(fā)心臟發(fā)育缺陷;(2)比較Phe、Pyr暴露對魚類心臟發(fā)育毒性效應的差異;(3)比較分析其可能的作用機制。結果顯示:
　　 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、心室擴大等。通過HE染色等組織學方法分析顯示，Phe暴露能引起斑馬魚胚胎心室腔變大，心室壁變薄，心室心肌細胞層膠原含量增加等畸形。同時，與心臟形態(tài)形成相關的MMP-9基因，不論是轉錄水平、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，心室細胞層中，在心肌纖維化過程中與膠原合成密切相關的調

4、控因子TGF-β的表達也呈顯著性上升。這些結果表明，Phe暴露可能通過誘導MMP-9表達、增加MMP-9活性，促進心肌細胞間質ECM降解、導致腔室壁變薄;Phe暴露同時誘發(fā)TGF-β1調節(jié)的膠原合成的增加，最終導致心臟畸形。
　　 2)環(huán)境濃度的Phe暴露不僅對心臟形態(tài)發(fā)育產(chǎn)生不良影響，同時也導致心臟機能障礙。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胞研究發(fā)現(xiàn)，Phe暴露導致細胞胞漿內Ca2+滯留嚴重，Ca2+濃度呈顯著性上升，而肌漿網(wǎng)內儲存的Ca2+則明顯減少;肌漿網(wǎng)鈣泵ATP酶SERCA2a基因轉錄水平、蛋白表達及其活性均顯著性下降;另外，SERCA2a的一個重要調節(jié)因子Tbx5的表達也顯著性下降。這些結果表明，Phe可能通過抑制Tbx5表達，使得SERCA2a表達降低，心肌細胞肌漿網(wǎng)對胞漿中Ca2+攝取減少，胞漿

6、中Ca2+滯留而擾亂了心肌細胞內鈣離子平衡，最終導致收縮、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，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，在作用機制上Pyr和Phe卻不盡相同，Pyr暴

7、露并不會引起斑馬魚胚胎MMP-9基因表達的變化，Bmp2b，Nkx2.5基因的表達卻都呈顯著性下降。因此，Pyr暴露可能是通過影響B(tài)mp2b的表達調節(jié)Nkx2.5，從而影響心臟心肌細胞的分化，進而導致心臟發(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，但在作用機制上兩者卻不盡相同。Phe主要是通過MMP-9介導的相關途徑誘發(fā)心臟發(fā)育缺陷和通過擾亂心肌細胞Ca2+平衡引發(fā)心臟功能障礙，而