环境雌激素诱导两栖动物雌性化的分子机制研究

Effects of endocrine disrupting chemicals on the reproductive systems of animals and humans have received much attention. Data show that environmental estrogens can induce male-to-female sex reversal in amphibians, but the involved molecular mechanisms have been unclear. Based on preliminary work, we proposed that environmental estrogens activate ovarian differentiation by binding ER and activating ER target genes, which strides over testicular differentiation process, resulting in male-to-female reversal. Focusing on this hypothesis, we will use Xenopus laevis as model animal and ethinyloestradiol as model chemical to explore the molecular mechanisms involved in feminization induced by environmental estrogens in amphibians. The core tasks of this project are to find key ER target genes involved in feminization, and then to clarify the molecular mechanisms and establish molecular biomarkers for feminizing effects using sensitive ER target genes. This project will improve the understanding about endoccrine disruption and ecological risk of environmental estrogens on amphibians, and provide a clue for further study on effects of environmental estrogens on gonadal differentiaton and development in higher vertebrates.

内分泌干扰物对动物和人体生殖系统的影响是生态毒理和环境健康研究领域的前沿课题。资料显示环境雌激素可诱导两栖动物发生雌性化性逆转，然而目前对其分子机制的认识还很缺乏。在前期工作基础上我们提出“环境雌激素通过与雌激素受体（ER）结合激活与卵巢发育相关的ER靶基因的转录直接启动卵巢的分化，而跨过由基因型决定的精巢的早期分化过程，最终导致由雄到雌的性逆转”的假设。本项目围绕这一假设，以对环境雌激素高度敏感的非洲爪蟾为模型动物，以环境雌激素炔雌醇为模式化合物，开展环境雌激素诱导两栖动物雌性化分子机制的研究，核心内容是发现参与雌性化过程的若干关键ER靶基因，在此基础上阐明诱导雌性化的分子机制，同时建立基于ER靶基因表达的表征雌性化效应的早期生物标记物方法。本研究可促进环境雌激素对两栖动物生殖内分泌干扰和生态风险的认识，同时也为进一步研究环境雌激素对高等脊椎动物性腺分化发育的影响提供线索。

环境雌激素可诱导两栖动物发生雌性化性逆转，然而目前对其分子机制的认识还很缺乏。本项目围绕“环境雌激素通过与雌激素受体（ER）结合，激活与卵巢发育相关的ER靶基因的转录直接启动卵巢的分化，而跨过由基因型决定的精巢的早期分化过程，最终导致由雄到雌的性逆转”这一假设开展研究。通过转录组测序获得环境雌激素诱导非洲爪蛙雌性化窗口期的差异表达转录本（DETs），从中筛查出启动子区域含有雌激素响应元件（ERE）序列的基因，进一步通过雌二醇（E2）与ER拮抗剂共暴露实验，筛选出可能参与诱导雌性化的ER靶基因，最后通过ChIP-PCR确证了10个ER靶基因。根据DETs参与的信号通路，通过RT-qPCR分析和免疫荧光结果证实，E2下调了基因雄性性腺中细胞增殖相关基因的表达，抑制50期性腺体细胞的增殖；增强了补体和凝血级联反应，改变了ECM稳态，特别是破坏了决定精巢索形成的基底膜结构；抑制了性腺中体细胞从外侧向中间运动。在此基础上，通过典型环境雌激素（E2、己烯雌酚，炔雌醇甲醚和壬基酚）暴露，筛选得到了对典型环境雌激素响应一致的16个基因，作为检测非洲爪蛙精巢分化干扰的生物标记物。利用该方法，评价了双酚AF对非洲爪蛙精巢发育的干扰作用。综合以上，本项目首次揭示了雌激素诱导非洲爪蛙性腺雌性化的早期分子和细胞事件，建立了检测化学品对精巢分化干扰作用的早期生物标记物方法，为开发短期、高通量识别雌性化效应的方法奠定了基础。