PFOA对再生涡虫氧化应激和细胞凋亡的影响及其机理研究

Perfluorooctanoic acid (PFOA) is one of the most common perfluorinated compounds (PFCs) and has been widely used in a variety of industrial and commercial products. PFOA has become a hot subject of toxicological studies because of its persistence in the environment and global distribution. Recent toxicological studies showed that PFOA has potential neurotoxicity, genotoxicity, molecular toxicity, and reproductive and developmental toxicities in animals. However, little is known on the toxicity of PFOA to aquatic animals, especially to freshwater invertebrates. Freshwater planarians are used as a suitable organism to study regeneration, development and water quality monitoring because they have simple morphology, basal evolutionary position, high regeneration capacity and high sensitivity to toxicological agents. In this study we will evaluate the toxicological effects of PFOA on the planarian Dugesia japonica using regenerating developmental parameters, antioxidant enzyme activity, apoptosis, gene expression and protein expression biomarkers. The main purposes of this study are as follows: (1) examine cellular toxicology of PFOA on oxidative stress; (2) investigate whether apoptosis may be induced; (3) explore the toxicity and mechanism of PFOA in planarians Dugesia japonica; and (4) provide the information for the ecological toxicity of PFOA in aquatic environment.

全氟辛酸（Perfluorooctanoic acid，PFOA）是最常见的全氟化合物（Perfluorinated chemicals，PFCs）之一，广泛用于各种工业和商业产品。PFOA的持久存在和全球性的分布使其成为毒物学研究热点。研究发现，PFOA有潜在的神经毒性、基因毒性、分子毒性、生殖及发育毒性。然而，关于PFOA对水生动物群的毒性尤其是对淡水无脊椎动物的毒性和毒性机制知之甚少。涡虫以其简单的形态和基础进化地位、极强的再生能力和对毒素的高敏感性而成为研究再生、发育和水质监测的模式生物。本项目拟以东亚三角涡虫作为研究对象，用再生发育参数、抗氧化酶活性、细胞凋亡、基因的表达、蛋白的表达等指标来评价PFOA对涡虫的影响，研究PFOA诱导的氧化应激损伤及细胞凋亡，探索PFOA对涡虫的毒性影响和可能的机制，为进一步深入研究PFOA在水生环境中的生态毒性奠定基础。

全氟辛酸（PFOA）在环境中广泛分布，被认为是新一代的污染物，引起人们的强烈关注。本项目以东亚三角涡虫为研究对象，（1）研究了PFOA对涡虫的急性毒性影响，分析计算出了PFOA诱导处理24h，48h，72h、96h后对涡虫的半致死浓度LC50值分别为45.17 mg/L，42.94 mg/L，41.09 mg/L，39.35 mg/L；（2）研究了不同亚致死PFOA浓度（0，0.5，1，5，10，15mg/L）对涡虫运动行为的影响，结果表明PFOA处理涡虫1d后，运动速率无显著差异，PFOA（10，15mg/L）处理涡虫10d后，运动速率呈显著下降；（3）研究了PFOA对涡虫耳突、眼点再生的影响，结果表明PFOA对涡虫耳突再生的影响大于对眼点再生的影响；（4）研究了PFOA对涡虫氧化应激的影响，结果表明PFOA诱导处理改变了涡虫SOD、CAT、GSH-Px、GST、AchE活性，改变了涡虫MDA含量；（5）采用RT-PCR法检测了热激蛋白基因（hsp70、hsp90）、神经发育与再生基因（DjXnp）、细胞凋亡基因（p53）以及前后轴相关基因（wnt11-5）在完整涡虫和再生涡虫的表达情况，结果表明PFOA改变了这些基因的表达；（6）实时荧光定量PCR检测了神经相关基因FoxG、FoxD、nlg、otxA、otxB在涡虫的表达情况，PFOA同样改变了这些基因的表达；（7）检测了PFOA对涡虫Caspase-3酶活的影响，结果表明Caspase-3酶活未有显著性变化；（8）采用吖啶橙染色检测了PFOA对涡虫细胞的影响，随着PFOA浓度和诱导时间的增加，诱导的细胞凋亡越来越明显，细胞凋亡主要发生在涡虫的头部和尾部；（9）提取涡虫基因组DNA电泳，观察到随着浓度的增加DNA有所降解，但未观察到DNA ladder；单细胞凝胶电泳检测PFOA对涡虫细胞核DNA的影响，结果表明PFOA处理涡虫后，其细胞核DNA存在一定程度的降解；（10）Western blot检测了热激蛋白HSP70的表达量，结果表明随PFOA浓度和处理天数的增加，整体涡虫HSP70表达量变化不明显，而再生涡虫HSP70表达量明显增加；（11）荧光免疫组化检测PFOA对涡虫的神经影响。结果表明，PFOA对涡虫的侧神经有显著影响，并且随着PFOA浓度的增加，PFOA对涡虫侧神经的影响越显著。