多溴联苯醚的视觉发育损伤效应及机制研究

The neurobehavioral effects and related health risks of polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) are one of essential topics. Basing on the biological relationship between sensory functions and neurobehaviors, this proposal chose zebrafish embryos and larvae as models, and utilize multiple biological methodologies including microscopic morphology, gene/protein expression, and behavioral assays, combining with development factor (characterized by eye developmental marker genes or proteins), to analyze the impairment and its temporal-spatial trends of PBDEs on animal visual system and functions, and the potential relationship between visual impairment and animal behavioral alteration. And then, the proposal would study the toxicological mechanisms of visual developmental impairment, in three contexts, visual perception (core metabolic enzymes and the cyclic interconversion of metabolites), visual processing (neurotransmitters and related receptors and ON-OFF response), key signaling transduction (retinoic acid signaling pathway). Finally, the validation of the visual impairment mechanism of PBDEs was performed by the morphological and behavioral phenotypic comparison of wildtype zebrafish and CRISPR/CAS9 zebrafish. The proposal would help to understand the adverse effects of PBDEs on animal vison during development, and provide scientific basis to clarify the mechanism of neurobehavioral effects of PBDEs.

多溴联苯醚（PBDEs）的神经行为效应与健康风险是一个重要的研究方向。基于感官功能与神经行为的生物学关联，本研究将以斑马鱼胚胎和仔鱼为研究对象，通过从显微形态学、基因/蛋白表达、行为学等层面，并结合系统发育进程（以眼部发育标志基因或蛋白表征），综合分析PBDEs对动物视觉系统和功能的损伤效应及其时空变化，揭示视觉损伤对动物神经行为改变的相关性。进而从视觉感知（核心代谢酶与主要代谢产物的循环转化）、视觉加工（相关神经递质及其受体和ON-OFF反应）、关键信号转导（视黄酸信号通路）三个角度，全面研究视觉发育损伤的毒理学机制。最后通过野生型斑马鱼与基因编辑型斑马鱼的形态学和行为学表型对比，进行视觉发育损伤的机制验证。研究有助于理解PBDEs诱导动物发育中的视觉损伤效应，并为阐明PBDEs神经行为效应机制提供科学依据。

典型溴代阻燃剂多溴联苯醚（PBDEs）是一类重要的神经毒物。PBDEs对动物神经行为、神经递质和神经系统发育的影响已被广泛报道，但背后的神经致毒机制尚未被完全揭示。感觉系统是动物行为决策获取信息的唯一来源，而相比其他类型的感官功能，视觉在稳定性、分辨率和锐度等方面均具有独到的优越性，视觉与中枢神经系统之间也存在着紧密的生物学关联。本研究以斑马鱼胚胎和仔鱼为研究对象，通过基因/蛋白表达、信号通路转导、显微形态学、电生理学和行为学等多层面的系统分析，探索了PBDEs诱导动物视觉系统和功能发育损伤的新型机制。研究发现环境浓度的低剂量BDE-99暴露会导致斑马鱼仔鱼的视觉行为（趋光行为和眼动反应）发生异常，同时光感受细胞之一的视锥细胞是BDE-99的主要作用靶点。在机制研究层面，虽然BDE-99作为一类典型的甲状腺素信号干扰物造成了斑马鱼仔鱼视锥细胞的图示化发育紊乱，但引入甲状腺素受体的特异性拮抗剂并没有完全挽救BDE-99的毒性效应，暗示还存在别的致毒机制。研究通过基因编辑构建six7敲降和six7过表达模型鱼发现，six7是BDE-99干扰斑马鱼仔鱼的视锥细胞图示化发育异常的直接靶点，甲状腺素信号在BDE-99诱导的opn1lw1表达上调的过程中起到了一定作用，但这一作用可能源于BDE-99对six7表达的抑制，释放了甲状腺素信号的功能。视黄酸信号通路也是调控眼部发育的关键信号通路，并直接调控光受体细胞中视蛋白基因的差异性表达。研究发现BDE-47暴露后升高了斑马鱼仔鱼体内视黄醇、视黄醛及视黄酸的含量，BDE-209并未对视黄类物质的代谢产生明显影响。通过双荧光素酶报告基因实验引入视黄酸受体抑制剂和甲状腺激素受体抑制剂，研究发现视黄酸受体抑制剂对系统荧光素酶的抑制性最大，而甲状腺激素受体抑制剂作用较小，因此视黄酸信号通路很可能先于甲状腺激素信号通路执行。除却成像视蛋白外外，研究还考察了PBDEs对非成像视觉通路的效应，发现BDE-47暴露对斑马鱼仔鱼典型非成像视蛋白具有昼夜差异性的紊乱效应，并进一步导致了仔鱼的节律系统紊乱和抑郁样行为。