抗雌激素活性含芴化合物的鱼类繁殖发育毒性及毒理机制研究

Our recent study has found that some of the cardo-containing compounds (CCCs) produced on large-scale in China, such as bisphenol fluorene (BHPF), 4,4'-(9-Fluorenylidene)dianiline (FDA) and 9,9-Bis[4-(2- hydroxyethoxy)phenyl]fluorine (BPEF), have strong anti-estrogenic activities. By a preliminary investigation, we have also found some of these chemicals, such as BHPF, can be detected in aquatic environment. It is known that anti-estrogenic compounds can inhibit the estrogen - dependent expressions of vitellogenin and some other genes involved in reproduction in fish, thereby affecting ovarian development and reproduction of F0 generation and embryonic development of F1 generation, and ultimately result in declines of reproductivity and population of fish. However, up to date, there is no study published investigating the CCCs pollution and their effects on fish. Therefore, this study aims to uncover the toxic effects, mainly the reproductive and developmental toxicities, of BHPF, FDA and BPEF on fish by medaka (Oryzias latipes) exposure, and their toxicological mechanisms, and then evaluate their risks to fish populations, fishery resources and aquatic ecosystems after investigation of aquatic environment pollution of these CCCs. This study would be of great value for safety assessment and environmental management of these anti-estrogenic CCCs by providing theoretical bases and data.

本项目组前期工作中发现，我国规模生产的双酚芴(BHPF)等含芴化合物(CCCs)具有强抗雌激素活性，并经初步调查显示其在水环境中存在污染。已有研究表明,抗雌激素活性物质能够抑制雌鱼体内依赖雌激素诱导转录的卵黄蛋白原等基因的表达，进而影响鱼类卵巢发育、繁殖及其子代胚胎发育，最终造成鱼类繁殖力和种群数量下降。鉴于目前国内外尚无该类物质的鱼类毒性和环境污染报道，本项目拟选择我国生产量大、抗雌激素活性强的BHPF、9,9-双(4-氨基苯基)芴(FDA)和9,9-双[(4-羟乙氧基)苯基]芴(BPEF)作为研究的对象物质，围绕其鱼类毒理及生态效应这一科学问题，通过青鳉暴露实验，重点揭示对象物质的繁殖发育毒性，并阐明其毒理机制；同时结合长江典型污染区段江水和鱼体污染状况调查，初步了解抗雌激素CCCs污染对鱼类种群、渔业资源及水生生态的潜在影响，为该类化学品的安全性评估和环境管理提供理论依据和数据支持。

内分泌干扰物质是近年来环境领域关注的热点问题，但人们关注的主要内分泌效应是雌激素效应和甲状腺激素效应，对于抗雌激素效应关注极少。该项目通过方法开发和手段创新，从双酚芴等入手，率先从化学物质抗雌激素效应角度研究了其生态和健康危害。. 通过合成氘代双酚芴、氘代双酚AP内标，建立了高灵敏的GC-MS检测方法；利用传统分析雌激素活性小鼠子宫增重原理，开发了10天的抗雌激素活性分析方法，实现了抗雌激素活性分析方法的活体评估；为将实验室与现实环境相结合，开发了中国青鳉模式生物，实现了其实验室传代育种、完成了其基因组和转录组测序，并利用该模式生物开展了双酚芴的环境毒理学研究。. 发现双酚芴、9,9-双(4-氨基苯基)芴、双酚AP、1,1,1-三(4-羟基苯基)乙烷、4,4',4''-亚甲基三苯酚等化学物质的抗雌激素活性。调查显示这些物质在长江流域城市地表水中普遍检出，而在北方城市地表水浓度更高；同时这些物质在塑料水杯中作为双酚A改良替代物使用，加入热水的塑料水杯中会有（纳克级）析出。中国青鳉实验室暴露发现，双酚芴可以造成鱼类卵黄蛋白原等表达下降，产卵量下降、子代胚胎发育畸形（眼睛缺失、骨骼畸形等）等；结合野外双酚芴污染调查和野生青鳉子代观察发现，双酚芴高污染水域的野生青鳉子代也出现眼睛缺失、骨骼畸形等相同现象。转录组测序分析结果表明，双酚芴的繁殖毒性与其抗雌激素活性有关，致畸性与PPAR通道受到干扰有关；双酚芴与RXR受体无结合活性。小鼠长期暴露实验发现，双酚芴可以造成小鼠子宫内膜变薄、肝脏血窦狭窄、排卵数下降、子宫着床数和生育数量下降、胎吸收和死胎等现象；基因表达谱分析发现双酚芴暴露后小鼠子宫基因表达变化与雌激素暴露后的变化呈现相反趋势，认为抗雌激素活性是引起上述毒性的主要原因。. 该项目部分结果作为highlights论文发表在Nature communications杂志。论文发表后，国内外上百家学术媒体和新闻机构进行了专栏介绍，美国科学院院士Frederick等著名科学家在接受媒体采访时对该工作给予高度评价。