【摘要】：N-亞硝胺(N-nitrosamines,NAs)是一類新型消毒副產(chǎn)物(Disinfection byproducts,DBPs),它廣泛存在于國內(nèi)外的自來水水體中。已有研究表明,多種NAs在單一化合物高濃度暴露時(shí)表現(xiàn)出強(qiáng)致癌性。然而,自來水中NAs的檢出濃度遠(yuǎn)低于其無可見效應(yīng)濃度(No observed effect concentration,NOEC)。因此高劑量暴露實(shí)驗(yàn)動(dòng)物獲得的毒理學(xué)特征,不能夠真正說明NAs在自來水廠出廠水真實(shí)濃度下的混合暴露健康風(fēng)險(xiǎn)。本論文以它們?cè)诔鰪S水真實(shí)濃度(L組)及10倍出廠水真實(shí)濃度(M組)下分別混合灌胃暴露幼年斯?jié)娎鄹瘛ざ嗬?SpragueDawley,SD)大鼠(Postnatal day 28,PND 28)一周。本研究綜合分析了NAs低劑量暴露對(duì)幼年大鼠體重、代謝表型及腸道菌群的影響。旨在獲得低劑量NAs混合暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)新數(shù)據(jù),為飲用水安全提供技術(shù)和理論支持。主要研究結(jié)果見如下:(1)NAs混合暴露對(duì)幼年大鼠腸道菌群擾動(dòng)介導(dǎo)的性別選擇性的肥胖風(fēng)險(xiǎn):經(jīng)過一周暴露,與對(duì)照組(CON組)相比,幼年雌鼠在M組和L組的NAs混合暴露后,體重增長(zhǎng)率(Body weight gain,WG)及血清甘油三酯(Triglyceride,TG)含量均未發(fā)生顯著變化;而幼年雄鼠與CON組相比,雖然L組暴露的大鼠體重增長(zhǎng)率及血清TG含量均未發(fā)生顯著變化,但M組暴露的大鼠體重及TG含量均顯著增加。同時(shí),幼年雌鼠在NAs混合暴露后腸道菌群未發(fā)生顯著擾動(dòng);而幼年雄鼠雖然L組暴露的大鼠腸道菌群未發(fā)生顯著擾動(dòng),但M組暴露后大鼠腸道菌群組成發(fā)生了顯著的改變。具體來說:基于加權(quán)Unifrac距離的主坐標(biāo)分析(Weighted unifrac-PCo A)結(jié)果表明,幼年雌鼠M組,L組及CON組之間不能被區(qū)分,而幼年雄鼠的三組之間都可以被明顯區(qū)分。線性判別式分析(Linear discriminat analysis,LDA)及LEf Se(Linear discriminant analysis effect size)分析的結(jié)果進(jìn)一步表明,幼年雌鼠不同暴露組(M組和L組)與CON組相比,腸道菌群分類群幾乎沒有變化。而幼年雄性大鼠兩個(gè)暴露組(M組和L組)特別是M組,腸道菌群分類群具有顯著的變化。此外,腸道菌群在門水平上的組成結(jié)果表明,M組和L組的幼年雌鼠的腸道菌群與CON組沒有顯著的差異。而L組的幼年雄鼠腸道菌群與CON組無顯著變化,但M組的幼年雄鼠腸道厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌門(Bacteroidetes)相對(duì)豐度發(fā)生了顯著變化,Firmicutes與Bacteroidetes的比值顯著增加為CON組的2.13倍。此外M組暴露的幼年雄鼠腸道菌群中與肥胖相關(guān)的Alistipes和瘤胃球菌屬(Ruminococcus)相對(duì)豐度增加。斯皮爾曼(Spearman)相關(guān)性分析結(jié)果顯示,M組暴露的幼年雄性大鼠腸道56個(gè)菌屬中有32個(gè)與宿主生物學(xué)特性顯著相關(guān)(p0.05)。(2)實(shí)際可檢測(cè)劑量NAs混合暴露性別選擇性影響幼年大鼠血清及尿液代謝表型:血清和尿液代謝小分子的分析可以整體反應(yīng)生物體對(duì)外界影響的代謝響應(yīng),我們以自來水廠出廠水中實(shí)際可檢測(cè)劑量的6種NAs為目標(biāo)化合物,對(duì)幼年大鼠灌胃暴露后分析了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物血清及尿液代謝表型的變化特征。首先,血液生化指標(biāo)顯示,幼年雌鼠在L組的NAs混合暴露后血清中谷草轉(zhuǎn)氨酶(Aspartate aminotransferase,AST)等血液生化指標(biāo)未發(fā)生顯著變化。而幼年雄鼠在L組的NAs混合暴露后血清中AST顯著下調(diào),表現(xiàn)出明顯的性別選擇性。其次,主成分分析(Principal component analysis,PCA)和偏最小二乘法判別分析(Partial least squares-discriminant analysis,PLS-DA)的結(jié)果表明,雌雄幼年大鼠血清及尿液中的代謝物在L組的NAs混合暴露后,與CON組相比,都可以得到良好的區(qū)分。進(jìn)一步對(duì)血清中差異性代謝物的代謝通路富集分析表明:L組NAs混合暴露的雌性幼年大鼠血清中,只有2條代謝通路(牛磺酸與亞�；撬岽x通路和甘油磷脂代謝通路)被顯著擾動(dòng)。而L組NAs混合暴露的雄性幼年大鼠血清中,8條代謝通路(谷氨酰胺和谷氨酸代謝的通路,丙氨酸、天門冬氨酸和谷氨酸代謝的通路,氮素代謝的通路,氨酰基-t RNA生物合成通路,精氨酸與脯氨酸代謝通路,甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝通路,纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成通路以及甘油磷脂代謝通路)發(fā)生了明顯的變化。對(duì)尿液中差異性代謝物的代謝通路富集分析表明:L組NAs混合暴露后的雌性幼鼠尿液中僅1條代謝通路(甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝通路)被顯著干擾。而雄性幼鼠在L組NAs混合暴露后,3條代謝通路(苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成通路,苯丙氨酸代謝通路,纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成通路)受到顯著影響。以上結(jié)果說明低劑量NAs混合暴露對(duì)幼年雄鼠的代謝表型干擾效應(yīng)更大。(3)實(shí)際可檢測(cè)劑量NAs混合暴露影響幼年大鼠糞便中代謝小分子及其與腸道菌群變化相關(guān)性研究:與血清和尿液不同的是,糞便中的代謝小分子的變化能反應(yīng)生物體受到外界影響時(shí)腸道菌群與宿主共代謝的變化情況。我們以自來水廠出廠水中實(shí)際可檢測(cè)劑量的6種NAs為目標(biāo)化合物,對(duì)幼年大鼠灌胃暴露后分析了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物糞便代謝小分子的變化特征。PCA和PLS-DA的結(jié)果表明:雌雄幼年大鼠糞便中的代謝物在L組的NAs混合暴露后,與CON組相比,都可以得到良好的區(qū)分。L組的NAs暴露后,雌鼠糞便中有7種代謝物顯著上調(diào)。而雄鼠在L組的NAs暴露后糞便中有6種代謝物顯著上調(diào)。腸道菌群和宿主之間的共代謝體系極為復(fù)雜,二者相互作用相互影響。因此,本研究進(jìn)一步分析了經(jīng)過L組NAs暴露后,雌雄幼年大鼠糞便中差異代謝物與差異腸道菌群的相關(guān)性。結(jié)果表明,雌鼠糞便中3種差異菌群與7種差異代謝物之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)。而雄鼠4種差異菌群與差異代謝物之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān),2種差異菌群與差異代謝物之間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)。綜上所述,本研究首次用體內(nèi)實(shí)驗(yàn)(in vivo)說明了低劑量新型消毒副產(chǎn)物NAs混合暴露的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。NAs在低劑量下對(duì)幼年大鼠代謝的擾動(dòng)效應(yīng)及潛在的肥胖風(fēng)險(xiǎn)具有性別差異性,幼年雄鼠更為敏感,更容易受到影響。這提示我們應(yīng)該將腸道菌群及代謝組學(xué)作為重要靶點(diǎn),納入到傳統(tǒng)的哺乳動(dòng)物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,并深入研究相關(guān)的作用機(jī)制。
【圖文】：

范圍（ng/L） 均值（ 38% 1.0-189.0 3219% 0.5-79.0 9 77% 0.6-40.0 768% 0.5-11.0 241% 0.5-16.0 240% 0.5-23.0 2 19% 1.1-9.0 318% 0.7-11.0 3 5% 0.7-6.0 2中 N-亞硝胺類消毒副產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)分子化合物，由于其極性較小，因而能溶于水水溶液中不易被水解。這 9 種 NAs 的結(jié)構(gòu)如化學(xué)性質(zhì)則見表 1-2：

1-2 代謝組學(xué)研究從 1999 年至今發(fā)表文章的情況（關(guān)鍵詞：metabonomicsmetabolomics；數(shù)據(jù)來源：Web of Science）e 1-2. Survery of research publications of metabonomics or metabolomics studiar 1999 (Keywords: “metabonomics or metabolomics”; Database: Web of Scien謝組學(xué)旨在研究生物體受到基因改變或外界環(huán)境變化的擾動(dòng)后，其種類及數(shù)量變化的規(guī)律[63]。更具體的說，，代謝組學(xué)研究細(xì)胞、組織物整體的代謝小分子的代謝通路在受到內(nèi)源性或外源性因素的影變化的規(guī)律；其研究對(duì)象是給定樣品中分子量為 1000 道爾頓以下代謝物）。隨后對(duì)這種變化進(jìn)行深度數(shù)據(jù)挖掘和生物信息學(xué)分析[64, 型的代謝組學(xué)研究流程（圖 1-3）包括:1.問題描述；2.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；3..樣品制備；5.數(shù)據(jù)采集；6.統(tǒng)計(jì)分析；7.功能注釋。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X503.22;TU991.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2676627