多溴联苯醚暴露对斑马鱼幼鱼视觉及视觉导向行为效应的研究

The mechanisms of neurobehavioral toxicity of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) have attracted much attention. Recent studies have shown that PBDEs have potential damage to the visual neural development in fish. In the present study, the effects of PBDEs with different degrees of bromination exposure on vision and visually guided behaviors in larval zebrafish, an aquatic model organism, were examined. The main contents include that: 1) the changes in larval retinal morphology and ultrastructure of the retina were assessed to reveal the effects of embryonic exposure to PBDEs on early eye development in zebrafish larvae; 2) the effects of PBDEs exposure on visually guided behaviors in larval zebrafish were assessed to reveal the relationship between visual damage and behavioral changes; 3) the changes of the expression of visual function-related genes and proteins were examined using RT-PCR and western blotting, respectively and the structure-activity relationship of PBDEs was investigated to explore the molecular mechanisms of neurobehavioral toxicity of PBDEs. The results from this study will provide new information on the effects and mechanisms of neurobehavioral toxicity of PBDEs and provide important basic data and the theoretical support on the risk assessment and management of PBDEs.

多溴联苯醚（PBDEs）暴露的神经行为毒性机制受到广泛关注。近期研究表明PBDEs对鱼类的视觉神经发育也可能存在潜在的损害作用。本项目以高中低不同程度溴原子取代的PBDEs为研究对象，斑马鱼为模式生物，开展PBDEs暴露对斑马鱼幼鱼视觉及视觉导向行为效应的研究。主要内容包括：1）评价PBDEs暴露诱导斑马鱼幼鱼视网膜形态学和视网膜超显微结构的变化，揭示PBDEs暴露对斑马鱼幼鱼早期眼睛发育的影响；2）评价PBDEs暴露对斑马鱼幼鱼视觉导向行为的影响，揭示视觉损伤与行为变化的关系；3）利用定量PCR实验和蛋白质印迹法分析与视觉功能相关基因及其蛋白表达的变化，与此同时对PBDEs同系物进行结构-效应关系分析，揭示PBDEs神经行为毒性的分子机制。本项目研究成果不仅能够为PBDEs神经行为毒性效应和机制研究提供有用信息，并且将为PBDEs风险评价和管理提供重要的基础数据和理论依据。

多溴联苯醚（PBDEs）在环境中残留分布广泛且浓度呈逐年上升的趋势，但是其神经发育毒性的机制尚待揭示。本研究从行为学、组织学、分子水平等角度研究了PBDEs暴露对斑马鱼幼鱼视觉和视觉导向行为效应的影响，通过PBDEs同系物及其代谢产物的比较揭示化学结构对PBDEs毒性效应的影响，建立视觉层面的PBDEs神经行为毒性作用机制，探讨环境污染物暴露对水生生物生存、繁殖等生态后果的影响。研究利用免疫荧光技术，分别以特异性抗体标记斑马鱼仔鱼视杆和红绿双锥细胞中标志性蛋白rhodopsin和ZPR-1，从而证明了四溴联苯醚BDE47暴露将损害斑马鱼光受体细胞层发育，特别是对中短波段敏感光受体细胞的影响显著。通过利用系统化的斑马鱼仔鱼行为学测试，包括运动行为、转向行为、社交行为、眼动行为和逃避行为，研究BDE47视觉感知损伤的行为学表型。尤为值得注意的是，研究结果表明BDE47暴露的仔鱼在两项视觉导向行为（眼动行为和逃避行为）中均出现了规律性的异常现象，具体说来BDE47暴露的仔鱼在蓝光刺激下出现显著降低的眼动行为，且对逐渐逼近的阴影产生反应的频率显著下降。BDE47对比两种重要代谢产物6-MeO-BDE47和 6-OH-BDE47，在行为学测试中并未呈现出规律性的差异，6-OH-BDE47最主要的效应在于减少了仔鱼的转向次数；而6-MeO-BDE47 暴露导致仔鱼的刺激型转向增加却对社交行为显示了一定的抑制作用。分子水平上，以核心感光蛋白——视蛋白编码基因的定量表达作为指标，分析出BDE47对中短波段敏感的opn1sw1、opn1sw2和rho等视蛋白具有显著的抑制作用。而转录组测序（含mRNA表达谱和miRNA表达谱）配合生物信息学分析的结果进一步证明，BDE47的整体影响涉及视觉感知、眼部光受体细胞定型和发育、维生素A生物合成以及星状胶质细胞激活等生物学过程，揭示出BDE47对斑马鱼仔鱼眼部发育和视觉功能的损害作用。我们的研究结果证实BDE47暴露损伤了斑马鱼仔鱼的视觉系统，包括色觉和相关的行为，同时提出视觉系统是一个新兴的毒性靶点，它的受损将进而改变动物的各类行为反应，从而可能会对野生动物的生存产生深远的影响。