基于宽吻海豚细胞株的体外毒理学评价模型的建立与应用

Coastal pollution and biodiversty deterioration are now the big challenges in China. Persistent organic pollutants (POPs) and heavy metals have extensively detected in China's coastal area with very high levels, resulting in a series of adverse effects such as the accumulation of these contaminants in the environment and organisms, the aggravated biological damages, and thus health and sustainable survival. However, the experimental models are scarce for health risk assessment until now. Cetaceans are very typical sentinel species because they are the top predators of the marine food web, so they are now widely recognized as wonderful subjects for assessing health risks of marine pollutants in terms of biodiversity and ecosystem. In this study, we will use bottlenose dolphins (Tursiops truncatus) kept by Xiamen Ocean and Fishery Bureau to establish cell lines. Then, by employing the established cell lines, the cytotoxic effects will be investigated, caused by the major contaminants detected in Chinese coastal area, including DDTs (pp'-DDT)，PBDEs(BDE47,100,154)，PCDF (2,3,4,7,8-PeCDF)，PCBs (PCB169,118)，PAHs(Naphthalene) and heavy metals (Hg, Ni, Pb, Cr). Based on these results, the toxicity database and related biological markers will be set up, and the health risk assessment will be further assessed through the existing assessment models. The scientific management and protection measures for coastal environment, biodiversity and ecosystem will be proposed at the end, and this will be very helpful and guiding for our effective sustainable employment of the rich coastal resources.

海洋鲸豚类处于食物链最顶层，是典型的岗哨物种（sentinel species），非常适合用于环境污染物风险评价以及海洋生态系统健康评估。本研究针对我国近岸海域环境污染加剧、生物多样性下降、海洋生态系统健康受到严重威胁等现状，利用活体暂养的宽吻海豚，通过微创采样以及细胞培养技术建立体外模型，从而研究目前海洋主要污染物（DDTs(pp'-DDT)，PBDEs(BDE47,100,154)，PCDF(2,3,4,7,8-PeCDF)，PCBs(PCB169,118)，PAHs(Naphthalene)和重金属（Hg,Ni, Pb,Cr）等的生物毒性效应，建立基础毒理学数据库、毒性效应指标体系以及体外风险评价模型。在此基础上，评价这些主要污染物对生物个体以及近岸生态系统健康影响，并提出相应的污染管理与近岸生态系统保护的科学对策和方案，这对于海洋生态环境的有效保护管理具有较强的实际意义。

生物多样性丧失和环境污染是目前中国所面临的非常严峻的两个问题。选取能预警生态系统潜在变化的指示物种进行研究，可为环境管理和物种保护提供重要数据。依托于本项目，我们对粤东区域中华白海豚的历史衰退、威胁因素与种群现状进行了调研，提出了基于LEK和船只考察的近岸海豚科时空变迁研究框架；针对环境污染这个重要的致危因素，我们进行了有机磷阻燃剂、三氯生、三氯卡班、多溴联苯醚和吡啶锌等的细胞毒理学实验，获得了这些污染物体外毒性半数效应浓度和基本的毒性效应分子通路，包括有机磷阻燃剂肾纤维化的体外诱导，三氯生和吡啶锌诱导体外细胞凋亡的信号通路，三氯卡班对体外培养肾小管上皮细胞屏障功能的影响，三氯生对潜在的肾纤维化影响，多溴联苯醚对细胞的物理损伤等；同时，我们在研究中通过无菌取样、培养条件筛选和超低温冷冻保存建立了矮虎鲸（Feresa attenuata）和范斑点原海豚（Stenella attenuata）的细胞培养体系，并基于此细胞系展开了毒理学实验，然而与HepG2和NRK-52E细胞相比，矮虎鲸皮肤细胞对三氯生和三氯卡班表现出较强的药物耐受性，推测鲸豚类细胞有较强的抗氧化能力和比较发达ROS清除系统，需要对其相关分子通路的分子结构展开生物信息学研究。为探索生物信息学在鲸豚类相关基因蛋白上的应用，我们进行了尿素转运蛋白的生物信息学分析，探讨了鲸豚类尿素转运蛋白与陆生哺乳动物的机制差异。以上研究结果，为我们进一步从生态、毒理和分子角度对中华白海豚等鲸豚类进行生存和健康风险评估提供了基本的数据和技术支撑。截止结题报告提交之日，项目资助发表SCI论文2篇(IF >5)，核心期刊发表1篇，接收1篇；SCI待发表3篇。协助教授培养硕士生4名（已经取得硕士学位），博士后1名（已出站）。项目投入经费26万元，支出103327.73元，各项支出与预算相符。剩余经费156672.27元，用于项目主持人单位变更后本项目的后续研究。