用斑马鱼及其胚胎研究纳米银的毒性效应及机制

随着纳米银抗菌技术的迅速发展，纳米银及其相关的消费产品将以各种途径进入水生环境，其相关的应用还会引起人及其他生物对纳米银的体内摄入。纳米银的广泛应用带来了潜在的水生环境毒性和对人及其它生物的体内暴露危害。本课题将应用斑马鱼胚胎及其幼鱼为模型，通过浸润暴露和体内显微注射等方法，研究纳米银在水生环境中进入斑马鱼胚胎的过程及机制，找出胚胎对纳米银暴露的敏感期，研究纳米银体内暴露对早期胚胎细胞增殖、细胞凋亡、细胞周期调控等生理过程的影响，研究纳米银在斑马鱼胚胎及幼鱼的体内分布、转运和排泄过程，重点研究纳米银体内暴露的遗传生殖发育毒性和心血管毒性效应及机制，为纳米银的体内毒理学研究提供参考依据。

随着纳米银材料的广泛生产和应用，纳米银的环境浓度将不断增加。，本项目选取斑马鱼及其胚胎为研究对象，研究了纳米银对斑马鱼胚胎早期生长发育的影响，研究了纳米银对斑马鱼胚胎的毒性效应，并探讨了纳米银的毒性作用机理。纳米银的环境行为会显著影响其生物有效性，纳米银在淡水条件下的毒性效应普遍高于海水条件。浸润暴露显示纳米银能导致斑马鱼胚胎的死亡率显著增加和孵化率显著降低，引起孵化延迟和其他发育迟缓表型，例如暴露的斑马鱼胚胎均表现出体长变短和卵黄囊肿大的畸形，纳米银对斑马鱼胚胎的毒性效应呈现明显的剂量-效应关系。纳米银浸润暴露在斑马鱼胚胎中引致神经毒性和心脏毒性，纳米银暴露的斑马鱼胚胎呈现小脑袋，小眼睛以及心脏发育畸型。研究了纳米银暴露对斑马鱼胚胎神经发育以及心脏发育的相关基因的基因表达水平的影响，发现纳米银的心脏毒性不是通过影响斑马鱼心脏发育相关的基因；鉴于纳米银同时引起显著的神经毒性，推测心脏毒性可能是相关的神经毒性引致。纳米银对斑马鱼胚胎的半数致死浓度（(96 h-LC50，11.75 mg•L-1）显著高于银离子（(96 h-LC50，0.054 mg•L-1），银离子的胚胎毒性远大于纳米银的胚胎毒性。斑马鱼胚胎浸润暴露的研究未能检测到明显的银离子释放，推断银离子不是观察到的毒性效应的主要原因，研究使用的纳米银材料表面包裹有脂肪酸可能限制了银离子释放。细胞凋亡染色以及基因表达分析的数据表明纳米银可通过caspase通路诱导细胞凋亡进而影响斑马鱼胚胎的生长发育，例如纳米银暴露显著提高了斑马鱼胚胎caspase9的表达；而银离子不但影响氧化系统基因通路，还能通过p53诱导凋亡进而阻滞斑马鱼胚胎的生长发育。纳米银的毒性效应和纳米银的颗粒尺寸紧密相关，具体表现为4纳米的纳米银颗粒体内毒性大于10纳米的纳米银颗粒。体内纳米银浓度分析结果也表明斑马鱼胚胎可以更高效的吸收4纳米的纳米银颗粒，而吸收10纳米的纳米银颗粒的效率相对较低。纳米银暴露可以显著改变斑马鱼体内的金属结合蛋白金属硫蛋白基因，以及ABC转运蛋白基因的基因表达的表达水平。纳米银颗粒体内显微注射暴露可以显著影响斑马鱼胚胎的血管正常生成，引起心血管毒性效应，相关的机制亟待继续研究。研究结果有助于揭示纳米银对小型鱼类的生长繁衍的影响，为纳米银的环境风险评价提供科学依据。