【摘要】：湖泊藍藻水華暴發(fā)是一種生態(tài)災(zāi)害,對人類和動物具有潛在的健康風險。藍藻暴發(fā)過程中會產(chǎn)生大量有毒衍生污染物,微囊藻毒素(MC)是其中一類。在環(huán)境中MC-LR (L和R分別代表亮氨酸和精氨酸)具有較強的穩(wěn)定性和水溶性,并具有量大、分布廣和毒性強的特點,雖然對其毒理學特征開展了大量研究,但其確切的分子致毒機制還有待進一步研究。每年太湖在溫暖季節(jié)都大規(guī)模暴發(fā)藍藻,太湖區(qū)域的流行病學調(diào)查和相關(guān)研究表明,當?shù)氐陌┌Y高發(fā)率與飲用被藍藻水華污染的飲用水之間有一定相關(guān)關(guān)系。因此需要深入研究太湖藍藻水華衍生物的毒性效應(yīng)及其致毒機制和健康風險。藍藻水華暴發(fā)伴隨著高濃度的氨氮(NH4+-N) . NH4+-N對水生生物也具有較高的毒性,但很少有關(guān)于對哺乳動物毒性作用及其機制的相關(guān)研究的報道。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)是新發(fā)現(xiàn)的調(diào)節(jié)細胞凋亡的信號通路,也與許多代謝性疾病的發(fā)病密切相關(guān)。本研究以小鼠為受試生物,研究MC-LR及其太湖藻華水樣暴露對小鼠肝、腎細胞凋亡及其介導其凋亡的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激機制,以及太湖藻華水樣暴露對肝臟脂代謝相關(guān)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激機制和脂代謝相關(guān)基因表達的影響,并探索MC-LR和NH4+-N暴露引發(fā)Ⅱ型糖尿病(T2DM)的風險及其機制。主要研究結(jié)果和結(jié)論以下:1. MC-LR毒性具有器官特異性,相比較于腎臟,小鼠肝臟對MC-LR具有更高的敏感性。20μg/kg/dMC-LR暴露21d能夠引起小鼠肝細胞凋亡,但對腎細胞毒性不明顯,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號通路參與了 MC-LR致小鼠肝細胞的凋亡過程,而通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,小鼠腎臟對20 μg/kg/dMC-LR暴露具有抗凋亡作用。2.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激過程中的轉(zhuǎn)錄因子C/EBP同源蛋白(CHOP)和半胱氨酸天冬氨酸特異性蛋白酶-12 (caspase-12)信號分子在MC-LR引起的細胞凋亡過程中起著重要作用,也是其致毒的主要靶點,因此,可作為生物標志物來評價微囊藻毒素的毒性。3.來自于太湖不同湖區(qū)的水樣對小鼠的暴露試驗結(jié)果表明太湖梅梁灣藻華水樣主要通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激介導的凋亡通路引起了小鼠肝細胞的凋亡,但沒有觀察到有腎細胞的凋亡,只引發(fā)了腎臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激信號通路相關(guān)分子GRP78、CHOP、caspase-12和Bcl-2 mRNA和/或蛋白表達的上調(diào),且通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,小鼠腎臟對藻華水樣具有一定的抗細胞凋亡作用。4.太湖梅梁灣藻華水樣暴露引起小鼠肝臟脂肪的累積,導致小鼠腹部肥胖,并引起小鼠肝臟脂代謝紊亂,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的固醇調(diào)節(jié)級聯(lián)反應(yīng)信號通路在其介導的肝臟脂代謝紊亂過程起重要作用。同時,太湖藻華水樣暴露還引起與脂代謝相關(guān)基因mRNA表達的變化,如梅梁灣水樣暴露顯著上調(diào)脂代謝相關(guān)基因脂蛋白脂酶(LPL)和胰島素誘導基因2 (Insig2)的mRNA表達水平;下調(diào)磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)的mRNA表達水平。太湖湖心區(qū)藻華水樣也顯著上調(diào)葡萄糖-6-磷酸酶催化亞基(G6pc)、LPL和Insig2以及過氧化物酶體增殖物受體-γ(PPAR-γ)的mRNA表達。因此,藻華水樣暴露的致毒過程是通過影響與脂代謝緊密相關(guān)的基因表達而引發(fā)脂代謝紊亂。5.太湖藻華水樣暴露引起小鼠肝臟炎癥細胞因子腫瘤壞死因子α (TNF-α)和炎癥相關(guān)基因Toll樣受體-2 (TLR-2)和TLR-4的mRNA表達的上調(diào),同時試驗也發(fā)現(xiàn)梅梁灣藻華水樣喂養(yǎng)的小鼠有腹部肥胖特征,肝臟組織形態(tài)學分析也顯示有炎性細胞浸潤,由于脂代謝紊亂與炎癥緊密相關(guān),因此,炎癥反應(yīng)在太湖藻華水樣暴露引起的肝臟脂代謝紊亂中起著重要作用,藻華水樣暴露也可能是脂代謝紊亂相關(guān)的疾病如T2DM等的致病原因之一。6. MC-LR和NH4+-N暴露影響小鼠脂代謝,引發(fā)高胰島素血癥,而且NH4+-N還引發(fā)高血糖癥,MC-LR和NH4+-N改變了血清中甘油三酯(TG)、總膽固醇(TC)以及高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)和低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)含量。初步表明MC-LR和NH4+-N暴露增加了罹患T2DM的風險。7. MC-LR和NH4+-N暴露不僅下調(diào)小鼠胰島素受體底物(IRS-1)、IRS-2和蛋白激酶B (PKB/Akt) mRNA表達水平,而且下調(diào)磷酸肌醇3-激酶(PI3K)、p-IRS-1和p-IRS-2蛋白表達水平。MC-LR和NH4+-N的暴露同時還上調(diào)PI3K下游靶蛋白p-Akt的表達水平,因此,MC-LR和NH4+-N暴露損害了胰島素受體信號途徑,胰島素受體信號途徑是藻華衍生污染物MC-LR和NH4+-N引起T2DM健康風險的主要分子機制之一。8. MC-LR和NH4+-N暴露引起ERS,包括顯著改變ERS信號分子mRNA和蛋白的表達,如上調(diào)活化轉(zhuǎn)錄因子6 (ATF6)、真核翻譯起始因子2α(eIF2α)和雙鏈RNA激活的蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)真核翻譯起始因子2α激酶(PERK)mRNA和蛋白表達水平。另外,MC-LR和NH4+-N改變ERS下游靶基因mRNA和蛋白表達,如MC-LR下調(diào)固醇調(diào)節(jié)原件結(jié)合蛋白-1c(SREBP-1c) mRNA與蛋白表達,上調(diào)乙酰輔酶A羧化酶a (4CACA)、脂肪酸合成酶(FASn)和糖原合酶激酶-3β (GSK-3β)mRNA與蛋白表達;NH4+-N則上調(diào)SREBP-1c,ACACA,FASn和Gsk-3βmRNA與蛋白表達。因此,ERS也是藻華衍生污染物MC-LR和NH4+-N引起T2DM健康風險的主要分子生物學機制之一。
【圖文】：

ＭＣ是一類由７個氨基酸組成的環(huán)狀７肽化合物（Ｆａｓｔｎｅｒｅｔａｌ．，２００２），一般結(jié)構(gòu)逡逑為環(huán)（Ｄ－丙氨酸－Ｌ－Ｘ－赤－甲基－Ｄ－異天冬酸－Ｌ－Ｚ－Ａｄｄａ－Ｄ－異谷氨酸－Ｎ－甲基脫氫丙逡逑氨酸）（圖１．１）（韓志國等，，２００１），其中，Ａｄｄａ為一種特殊的氨基酸，結(jié)構(gòu)逡逑是３－氨基－９－甲氧基－２，邋６，８－三甲基－１０－苯基－４，邋６－二烯酸，Ｘ，Ｚ為兩種在２、４位逡逑上可變的Ｌ型氨基酸，由于Ｘ、Ｚ的不同可產(chǎn)生多種ＭＣ異構(gòu)體。目前，已發(fā)現(xiàn)的逡逑ＭＣ異構(gòu)體有８０多種（Ｍｅｒｉｌｕｏｔｏ邋ａｎｄ邋Ｓｐｏｏｆ，邋２００８），其中ＭＣ－ＬＲ、ＭＣ－ＲＲ和ＭＣ－ＹＲ逡逑１逡逑

低內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負荷，這種調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的細胞內(nèi)反應(yīng)被稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)（ＥＲＳ逡逑ｒｅｓｐｏｎｓｅ），又稱未折疊蛋白反應(yīng)（ＵＰＲ）邋（Ａｒａｋｉｅｔａｌ．，邋２００３；邋Ｍｏｒｉ，邋２０００），逡逑其作用過程如圖１．３所示。ＵＰＲ主要調(diào)控內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄和翻譯逡逑過程，通過提高內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)蛋白質(zhì)折疊能力，阻止未折疊或錯誤折疊蛋白質(zhì)進一步逡逑聚集，去除聚集的錯誤折疊蛋白質(zhì)等措施減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)負荷（Ｒｏｎ邋ａｎｄ邋Ｗａｌｔｅｒ，２００７；逡逑Ｓｃｈｒｏｄｅｒ邋ａｎｄ邋Ｋａｕｆｍａｎ，邋２００５），其主要表現(xiàn)為ＵＰＲ信號傳導通路的變化。逡逑＾１邐錯誤或未折疊￥白質(zhì)邐Ｉ逡逑ｉ逡逑ｍｈ邋＾／ｋ邋ａＪ邐逡逑畫ＡＴＦ６邋屋邋＾邋（ｖＷ）逡逑應(yīng)激效應(yīng)進展過程邐－ＴＯＡＰ２逡逑邐邋Ｉ邐（至高爾基體）邐［—１ＲＡＵ逡逑⑴蛋白質(zhì)被ＳｉＰ／ｓ／酶切邐Ｔ邐Ｔ逡逑邐邐１＿邐”邐ＡＳＫ１邋Ｃａｓｐａｓｅ邋１２逡逑Ｕ邋—＾邋Ｉ逡逑邐ｐ－Ｉ邐邋Ｎｋ邐ＪＫＫ邋Ｃａ＊ｐａａｅ９逡逑邐邐ＡＴＦ４邋＼邐＼邋Ｃａｓｐａｒ邋３逡逑（３）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)邐男切卿”邐＼邐／逡逑蛋白降解邐＾邐＾逡逑￣邐ＸＢＰ１邋—邐逡逑邐１邐邋ｒＪＬ邐（活愾s沐義息鵲蟯鰣危悖蓿鷺坼義賢跡保澄湊鄣鞍追從Γǎ粒潁幔耄椋澹簦幔�，邋２００３）辶x希疲椋紓酰潁邋澹保沖澹眨睿媯錚歟洌澹溴澹穡潁錚簦澹椋鑠澹潁澹幔

本文編號：2623414