基于秀麗隱桿線蟲的鎘、銅和砷暴露遺傳毒性評估及其作用機制.pdf

1、鎘、銅和砷是常見的環(huán)境污染物，其中鎘和砷是公認的環(huán)境致癌物和致突變劑，國際癌癥研究所(IARC)把鎘和砷列為Ⅰ類環(huán)境致癌物；銅是人體必需的微量元素，但過多的銅的攝入也可導致各種疾病。這些物質在自然和人為作用下，被釋放到環(huán)境中，對環(huán)境造成很大影響，并威脅人類的健康。本文以模式生物秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)為研究對象，利用一系列與DNA損傷與修復、細胞凋亡和信號傳導突變材料，從致死效應、生殖細胞周期停滯、細

2、胞凋亡及其損傷信號傳導途徑等方面，系統(tǒng)地研究了鎘、銅和砷遺傳毒性和作用機理，實驗數據對于從活體水平上進行鎘、銅和砷等環(huán)境污染物評價和防護具有重要意義。主要研究結果如下：
　　 ⑴線蟲ced-3(n717)和abl-1(ok171)突變體是敏感的鎘和銅暴露毒性評估材料。常用的秀麗隱桿線蟲毒性評價材料為N2野生型，為提高評價的敏感性，人們進行了各種嘗試。本文利用線蟲DNA損傷修復基因缺陷品系hus-1(op241)，abl-1(ok

3、171)，cep-1(w40)和ced-3(n717)，通過48h LC50測定，研究了鎘和銅暴露對它們的致死效應。hus-1基因突變增加了線蟲對鎘和銅的抵抗力，abl-1和ced-3基因突變，使線蟲對鎘的敏感性較野生型N2增加4.6倍和2.6倍，對銅的敏感性也有所增加，因此，線蟲突變體abl-1(ok171)和ced-3(n717)是較野生型N2敏感的重金屬毒性評價材料。
　　 ⑵生殖細胞周期停滯和細胞凋亡是鎘、銅遺傳毒性評價

4、的新的生物學終點。成體線蟲體細胞不易受環(huán)境因子的影響，但其生殖細胞可塑性強。本文利用N2野生型線蟲，研究了鎘、銅和砷對其生殖細胞周期停滯和細胞凋亡的影響。在常規(guī)的固體培養(yǎng)基NGM上，24h鎘和銅暴露均抑制了線蟲生殖細胞增殖，最低效應濃度均為10μM，并誘導細胞凋亡，其最低效應濃度分別為50μM和10μM，這表明，以線蟲生殖細胞周期停滯和細胞凋亡作為生物學終點，可提高對鎘和銅生物評價的敏感性。為檢驗上述評價方法是否適應于液體環(huán)境，將線蟲分

5、別于含鎘、銅和砷的K-medium中處理24h，發(fā)現(xiàn)在液體環(huán)境下，線蟲的生殖細胞對環(huán)境因子更加敏感，其最低的效應濃度可降低至1μM。
　　 ⑶砷誘導線蟲生殖細胞周期停滯和細胞凋亡及其作用機制。線蟲對砷暴露非常不敏感，為尋求敏感的生物學終點，本文測定了砷對線蟲生殖細胞周期停滯和細胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)1μM亞砷酸鈉處理線蟲24h，或以10μM處理線蟲6h，均可誘導線蟲生殖細胞周期停滯和細胞凋亡，砷酸鈉處理具有類似的效果，但效應劑量顯著

6、高于亞砷酸鈉。加入0.1％的DMSO，可使砷抑制的生殖細胞增殖恢復，并抑制砷誘導的生殖細胞凋亡，表明了ROS在砷暴露中的作用。利用CM-H2DCFDA活體染色發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉暴露可顯著誘導ROS的產生，加入0.1％DMSO可淬滅砷誘導的ROS。
　　 ⑷Hus1，p53和MAPKs途徑在鎘和銅誘導的生殖細胞凋亡中的作用。以上的研究結果表明，秀麗隱桿線蟲可以作為活體動物模型，研究鎘和銅誘導的細胞凋亡機制。本文利用與哺乳動物細胞凋亡調

7、控有關的線蟲基因突變材料，研究了鎘和銅暴露的信號傳導途徑。結果顯示，鎘和銅誘導的細胞凋亡不依賴于細胞周期檢查點基因hus1和p53，但abl1基因突變可增強細胞凋亡，caspase-3基因為細胞凋亡所必需，當線蟲JNK和p38 MAPK信號傳導途徑的基因功能喪失時，鎘和銅均不能誘導線蟲生殖細胞凋亡。在活體動物模型中，鎘和銅誘導細胞凋亡依賴于ASK1/2-MKK7-JNK和ASK1/2-MKK3/6-p38 MAPK信號傳導途徑的協(xié)同作用

8、。
　　 ⑸鎘暴露誘導線蟲熱休克蛋白HSP-16.2和超氧化物歧化酶SOD-3的表達。利用攜帶HSP-16.2、SOD-3啟動子的GFP轉基因線蟲品系，研究了鎘暴露對HSP-16.2、 SOD-3表達的影響，結果顯示，鎘暴露可使HSP-16.2、 SOD-3的表達顯著增加，其表達水平隨暴露劑量和暴露時間的增加而提高。對SOD-3的進一步研究發(fā)現(xiàn)，Insulin/IGF信號傳導途徑的daf-2基因突變增強了SOD-3的表達，而da