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温州大学生命科学研究院在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表了“硫化氢诱导的氧化应激通过线粒体途径介导斑马鱼胚胎-幼鱼阶段的细胞凋亡”的研究性论文
日期:2022-05-25   编辑: 林晓雅   阅读:[ ]次

近日,温州大学生命科学研究院生物反应器与生物材料课题组在2区杂志《Ecotoxicology and Environmental Safety》(2021 IF: 6.291)上发表了“硫化氢诱导的氧化应激通过线粒体途径介导斑马鱼胚胎-幼鱼阶段的细胞凋亡”的研究性论文。温州大学生命科学研究院金立波博士和彭仁义博士为文章的共同通讯作者,温州大学生命科学研究院刘银爱研究生和陈倩倩研究生为文章的并列第一作者。

硫化氢是大气中的一种急性神经毒性气体,是威胁人类健康的重要大气污染物。到目前为止,对开发有效解毒剂的研究还很有限,目前还没有合适的解毒剂用于治疗硫化氢中毒。因此,硫化氢毒性的致病机制仍需进一步研究。

斑马鱼胚胎-幼鱼作为研究硫化氢致病机制的优点:(I)斑马鱼与人类基因组的相似度高达87% ,有与人类近似的毒性特征和信号传导通路,斑马鱼的各种器官和组织在解剖学、生理学和分子水平上已经被证实类似于哺乳动物,斑马鱼已被广泛应用于遗传和发育、环境、病理等毒理学研究领域;(II)斑马鱼体型小,不仅饲养成本低,而且药物用量少。此外,斑马鱼实验周期短,大部分实验能够在1 ~ 7 d 内完成。斑马鱼易于大量繁殖,单次产卵量高,可提供大量单组实验样本,实验统计分析结果可信度高。(III)斑马鱼幼鱼实验通量高,胚胎透明,易于观察和操作,可结合活体染料、荧光示踪、抗体、核酸探针等方法同时观察化合物对多个器官的毒性反应,可以快捷、高效、直观地评价药物的发育毒性,对发育毒性的预测准确性可以达到80%以上;(IV)在环境中的毒性,还需模拟真实环境,开展低浓度和长时间暴露的慢性毒性实验,以斑马鱼胚胎作为实验对象有利于节约空间、时间及成本,更重要的是化学品在流水暴露条件下更贴近于真实水体环境。因此,斑马鱼作为慢性毒性实验模型具有显著优势。

实验方法:本研究将斑马鱼胚胎连续暴露于含有硫化氢的培养液中建立实验模型,对斑马鱼幼体进行了H2S诱导的发育毒性、活性氧积累、抗氧化系统功能、细胞凋亡和线粒体功能的检测。此外,对斑马鱼幼体进行了转录组测序分析并进一步RT-qPCR验证。

实验结果:H2S导致斑马鱼幼体存活率降低,同时引起脊椎畸形和器官水肿。H2S暴露破坏了斑马鱼胚胎-幼鱼的抗氧化系统,引起了线粒体功能障碍。此外,斑马鱼幼体的细胞凋亡率、caspase-3活性和Bcl-2家族蛋白中的促凋亡相关基因的转录均增加,增加了斑马鱼幼体的细胞凋亡。

实验结论:斑马鱼作为一种与人类基因组高度同源的模式动物,为了探讨H2S的致病机理展开了以下研究,对斑马鱼幼体的畸形和存活率分析、转录分析、细胞内ROS、Ca2+和NO的含量、抗氧化系统的测定和细胞凋亡的检测。结果表明,长时间的H2S暴露会产生过量的ROS积累,进一步损害线粒体的结构和功能,导致钙离子和细胞色素c氧化酶从线粒体释放到细胞质,异常的细胞凋亡被高强度地激活,导致斑马鱼幼体严重的发育毒性或死亡。这项研究可能为开发治疗慢性硫化氢暴露的药物提供了有价值的信息。

参考文献:

Yinai Liu; Qianqian Chen; Yaoqi Li; Liuliu Bi; Sue Lin; Hao Ji; Da Sun; Libo Jin; Renyi Peng. Hydrogen sulfide-induced oxidative stress mediated apoptosis via mitochondria pathway in embryo-larval stages of zebrafish.

原文链接:https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2022.113666