微囊藻毒素-LR慢性暴露对哺乳动物大鼠生殖与发育毒性的系统毒理学研究

In recent years, increasing evidences have suggested microcystins (MC) cause reproductive and developmental toxicities, representing serious threat to human reproductive health. However, data concerning female reproductive effects of MC are lacking, especially for systems toxicology of MC on reproduction and development in mammals, and the underling mechanisms remain largely unknown. The present project aims to establish chronical MC-LR exposure model of rats. Placenta and tissues including livers, kidneys, gonads, blood, and urine and feces from maternal, fetal, and young rats during prenatal and post-weaning periods will be collected. We will investigate the distribution and biotransformation of MC-LR and its metabolites (MCLR-GSH/Cys), histological pathology, blood biochemistry, transporting proteins and endoplasmic reticulum stress-related autophagy, proteomics, metabolomics, and bioinformatics analyses of placenta. Based on these results, we will evaluate the effects of MC on placental barrier, and find out the key pathway of MC toxicity, thereby clarifying the biochemical/molecular mechanisms of reproductive and developmental toxicities of MC. We hope to provide a theoretical base for effective prevention of human reproductive effects induced by MC and for development of useful techniques to detoxicate MC as well.

近年来越来越多的证据显示，微囊藻毒素（microcystin, MC）具有生殖发育毒性，可能会对人类的生殖健康造成严重威胁。但迄今关于MC的雌性生殖毒性的研究很少，对哺乳动物的生殖与发育毒性的系统毒理学研究尚属空白，对相关的致毒机理缺乏深刻认识。本项目拟以模式动物—大鼠为对象，采用慢性MC-LR染毒，在妊娠期和仔鼠断乳后分别采集胎盘和母鼠、胎鼠及仔鼠肝脏、肾脏、性腺、血液、尿液与粪便等样品，对染毒后MC-LR和MCLR-GSH/Cys含量变化、组织病理、血生化、MC转运蛋白、内质网应激-自噬通路以及胎盘样本蛋白质表达谱、代谢物表达谱变化间的相互关系进行系统的研究，借助生物信息学技术，研究MC对胎盘屏障的影响，确定其作用的关键通路与模式，揭示微囊藻毒素对哺乳动物生殖发育毒性的精细机制，为阐明其对人类生殖影响及预防和解毒技术的研发提供理论基础。

微囊藻毒素（MC）具有生殖发育毒性，可能会对人类的生殖健康与野生生物多样性造成严重威胁。本项目紧密围绕这一主线，对雌性大鼠开展了急性与亚慢性MC暴露，研究了MC的生殖内分泌干扰效应，运用系统毒理学手段研究了MC对胎盘的毒性机制。此外，还以斑马鱼胚胎/幼鱼为研究对象，开展了发育内分泌干扰效应研究。取得了如下研究成果：.雌性大鼠经MC急性腹腔暴露24小时后，下丘脑、垂体与卵巢均出现明显的组织损伤。血清促性腺激素释放激素（GnRH）与雌二醇（E2）浓度下降，而促卵黄激素（LH），促卵泡激素（FSH）与睾酮（T）浓度升高。下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴核受体及激素合成基因的转录水平也发生显著变化。MC干扰了HPG轴的正负反馈效应，雌激素合成受到了明显的抑制。.雌性大鼠经持续皮下注射染毒6周和12周后，MC对HPG轴不同水平激素的影响不同：下丘脑分泌的GnRH无显著性变化，在垂体水平6周和12周时呈现相反的结果，LH在6周时下降、在12周时上升，FSH在6周时无显著变化、在12周时上升，卵巢水平T和E2浓度均升高，而基因表达和激素水平响应也不一致。值得注意的是，有些激素和基因在2 μg/kg时就呈现出明显变化，和20 μg/kg结果不完全一致，这和经典毒理学的“剂量决定毒性”观点不同，可以归结为内分泌干扰物引起的非单调剂量反应。.雌性大鼠经皮下注射MC暴露6周后，与未染毒雄鼠交配，继续染毒至妊娠20天。MC引起胎盘重量增加，组织结构损伤。蛋白质组学结果显示MC破坏细胞骨架，影响胎盘屏障与物质转运作用，代谢组学表明胎盘脂代谢等受到影响。此外，MC可能具有内分泌干扰作用，引起激素分泌异常与不良妊娠结局，甚至可能诱发先兆子痫。.对斑马鱼胚胎/幼鱼进行MC暴露直至受精后168小时，MC引起皮质醇含量升高，心率下降，进一步研究发现MC通过下丘脑-垂体-肾间（HPI）轴影响皮质醇的合成，且盐皮质激素（MR）与糖皮质激素（GR）受体通路下游基因的表达也发生改变。.进一步对哺乳动物与鱼类MC跨代发育毒性相关文献的整合梳理：MC通过母源或者父源暴露产生跨代毒性，在未直接接触过MC的子代中发现MC累积，并且观察到明显的肝毒性、肺毒性、神经毒性、生殖毒性及内分泌紊乱等，撰写了综述。通过梳理和总结，我们对未来工作的研究重点也有了更为清晰的认识，期待该工作能为新的研究项目的开展打下良好的基础。