典型抗生素多世代毒性效应及其表观遗传学机理研究

The adverse effects of chemicals in long-term exposure to low concentrations are one heated topic in environmental toxicology. Meanwhile, the multi-generational effects and the underlying mechanisms are one of the priorities. The present proposal chooses sulfonamides as the representative antibiotics to investigate the multi-generational effects on Caenorhabditis elegans and to primarily study the epigenetic mechanism. After the parental generation of C. elegans is exposed to single exposure in one generation, or to repeated exposures in multiple generations, the 3rd generation offspring will be measured for indicators of growth/development, feeding/behavior, reproduction, generation time, chemical plasticity, longevity and apoptosis. The results will be used to directly indicate the multi-generational effects of sulfonamides. The nematodes will be stained and observed under microscope, and also be used to determine the sulfonamide concentrations using LC-MS-MS. The combination will be used to determine whether and how the sulfonamides can be transferred from the parent to the offspring generations. Furthermore, nematodes will be analyzed by chromatin immunoprecipitation to find related DNA methylation, histone modification and microRNA which are used to elucidate the epigenetic mechanisms of the multi-generational effects. The accomplishment of the present proposal will explain the multi-generational effects of antibiotics at low concentrations and the underlying mechanism, and establish a standard test method for the multi-generational effect studies, and provide more accurate and sound information for the ecological risk assessment and environmental criteria for emerging pollutants.

环境化学物质低浓度、长期暴露的毒性效应研究是目前生态毒理学的热点，而世代毒性、传递规律及其机制研究是一个优先领域。本项目选择新兴污染物磺胺类抗生素作为典型抗生素，以秀丽线虫为模式动物，通过单世代暴露与多世代多次暴露等方法，对秀丽线虫子三代进行行为学、生长、繁殖量、世代时间、化学趋向性、寿命、凋亡、触感反应等指标的检测，研究与甄别多世代毒性效应；采用化学分析（LC-MS-MS）与生态毒性（生物体染色观察）相结合，研究毒性在不同世代间的传递及规律；采用染色质免疫共沉淀-测序（ChIP-seq）等表观遗传学方法，根据秀丽线虫DNA甲基化、组蛋白修饰、转录因子等指标，从表观遗传学角度阐述毒性效应在世代间的传递机制。研究项目旨在探索化学污染物在低浓度长期暴露下多世代毒性及其机制，建立和发展多世代毒性研究方法，为新兴污染物的生态风险评价、环境标准制定提供科学依据和方法。

为研究环境化学品低浓度、长期暴露效应，目前环境毒理学研究所采用的慢性毒性效应研究方法只涉及受试生物单个世代内的某一时间段进行暴露，该方法难以阐述实际环境跨越多个世代的暴露效应与潜在机制。本项目选择秀丽线虫，开展相邻世代、多个世代毒性效应与机制研究。基于参照毒物重金属的相邻世代毒性效应，建立了采用L3幼虫进行相邻世代毒性效应研究方法。磺胺抗生素对相邻世代毒性效应结果表明，其对母代线虫F0的运动、生长等指标的抑制效应能够传递到其子代F1中。磺胺抗生素对F0线虫进行暴露后，对寿命、生殖与种群生长的毒性效应能够延续6个世代之久，并且F1线虫寿命最短，F2线虫生殖最弱，表明胚胎与生殖细胞系暴露对寿命与生殖的重要影响；而且磺胺抗生素对生殖产生了毒物兴奋效应，具有干扰线虫环境适应能力的潜力。基于重金属研究结果建立了从虫卵开始暴露的多世代毒性效应研究方法。经历磺胺抗生素11个世代暴露的F11线虫与其第一个未经暴露的子代F14’线虫体内组蛋白甲基化位点H3K4me3结合的基因数量显著高于空白组线虫，这些基因参与调控脂肪代谢、生殖发育以及跨膜运输等生物过程，表明多世代长期毒性效应涉及表观遗传调控机制。本项目拓展性研究了磺胺抗生素及其与重金属混合物对秀丽线虫生长、运动、抗氧化响应以及关键基因的毒性效应与毒性相互作用，并拓展研究了镍、离子液体的毒物兴奋效应。研究结果为评价污染物实际暴露条件下的环境风险，提供了长期暴露效应研究方法与表观遗传机制，并为研究混合毒性效应以及生境适应机制提供研究基础。项目共发表标注基金的SCI论文5篇、中文核心期刊论文2篇，尚有待发表SCI论文1篇，已参与国际学术交流活动2次、国内学术交流会议3次，培养1名博士研究生、3名硕士研究生获得学位。