联苯菊酯对斑马鱼的传递毒性效应及其对映体选择性研究

Bioaccumulation of environmental contaminants and subsequent maternal transfer to offspring has been recognized as a significant contributing factor in the development of offspring health and disease. The pyrethroids are a class of synthetic insecticides that have been designed based on the structures of natural insecticide pyrethrum and widely used for agricultural and indoor pest control. The elevated concentrations of application in many locations have raised considerable human health and environmental concern. Moreover, as the most important one chiral pesticides, different enantiomers of pyrethroids showed significant enantioselectivity in biological processes. Therefore, we examined the impact of long-term, racemate and two enantiomer of bifenthrin (1S-cis-bifenthrin and 1R-cis-bifenthrin) exposure on zebrafish. The objectives of this study were to investigate: 1) the chemical accumulation of bifenthrin in parental (F0) zebrafish and to investigate its transfer to offspring; 2) the effects of bifenthrin on neurodevelopment in F1 larvae; and 3) the enantioselectivity in the bio-accumulation in the F0 and F1 generation as well as transfer toxic effects of bifenthrin. Taken together, the results of our study further elucidate the environmental risks of pyrethroids to aquatic ecosystems and potential health effects.

环境污染物可在生物体内积累并且传递给子代，而早期生命阶段对污染物的暴露非常敏感，并且可能与成年期的疾病发生和健康有关。拟除虫菊酯是人工仿生合成的模拟天然除虫菊素的一类杀虫剂，广泛应用于农作物和卫生害虫的防治中，由于其使用量不断增加，日渐引起人们对其导致的环境污染与人类安全问题的关注。再者，拟除虫菊酯不同对映体在生物过程中存在较大的差异。因此，本研究以斑马鱼为对象，分别进行联苯菊酯外消旋体和两种对映体的长期暴露，分析联苯菊酯对映体在母体和子代中的蓄积特征差异，研究其通过母体传递至子代的过程和效应，评价联苯菊酯母体暴露对子代神经系统发育的影响，阐明手性农药对斑马鱼母代传递毒性效应的对映体选择性，并探索可能的分子机制。本项目将揭示联苯菊酯对映体选择性的母代传递效应以及对子代神经发育的毒性和机制，为全面评价拟除虫菊酯的环境健康风险提供理论依据。

许多环境污染物可以经由生物体母代暴露、积累而传递给子代，而这种处于胚胎发育阶段暴露，可能与成年期的健康与许多疾病发生有关。拟除虫菊酯广泛应用于农作物和卫生害虫的防治中，因为其使用量的不断增加，日渐引起人们对其导致的环境污染与人类安全问题的关注。本研究以斑马鱼作为研究模型，探究了环境浓度下的联苯菊酯两种对映体（1S-cis-BF，1R-cis-BF）的长期暴露后，联苯菊酯对映体在母体和子代中的蓄积特征差异，研究其通过母体传递至子代的过程和毒性效应，评价联苯菊酯母体暴露对子代发育和神经系统的影响，阐明手性农药对斑马鱼母代传递毒性效应的对映体选择性，并探索可能的分子机制。研究从分子、细胞、组织和个体几个层面开展研究，并将环境化学分析，计算机模拟与生物学机制研究相结合，阐明了化合物在多重层面上作用之间的关系。研究结果表明1R/1S-cis-BF在F0代鱼体以及性腺中的蓄积具有性别差异，cis-BF暴露显著地改变了斑马鱼血液中雌激素和雄激素的含量以及与生殖相关的基因表达，累积产卵量显著降低；未暴露的雌性和暴露的雄性F1胚胎质量的下降，表明雄性暴露对后代的不良影响更大，结果表明环境相关浓度cis-BF对映体长期暴露能够引起了斑马鱼的生殖内分泌干扰，并且cis-BF对于斑马鱼的生殖毒性具有对映体选择性。此外，F0代中的1R/1S-cis-BF可被传递到未暴露的F1代体内，未暴露的斑马鱼胚胎脂肪酸组分比例明显改变，胚胎中脂质生物合成/代谢相关的通路受到了干扰。子代后续发育受到抑制，运动行为能力降低。结果揭示了联苯菊酯对映体选择性的母代传递作用以及对子代神经发育的毒性效应和机制，为全面评价拟除虫菊酯的环境健康风险提供了理论依据。