利用斑马鱼模型研究拟除虫菊酯类杀虫剂的神经发育毒性及其分子机理

拟除虫菊酯类杀虫剂是国家提倡推广的新型农药产品，发展前景非常广阔，随着使用量不断增加，其潜在的人体健康风险问题越来越受到关注，特别是对儿童等敏感人群神经发育的影响。本项目瞄准这一重要科学问题，以模式动物斑马鱼为研究对象，通过检测两类不同的拟除虫菊酯类杀虫剂对斑马鱼仔鱼行为的影响，确认其神经发育毒性效应；在此基础上，采用定量蛋白质组学研究策略，通过双向荧光差异凝胶电泳和串联质谱技术定量分析斑马鱼仔鱼响应菊酯类杀虫剂暴露的脑组织差异蛋白表达谱，筛选两类菊酯类杀虫剂发挥神经发育毒性的靶蛋白，探讨其神经发育毒性的分子机理。本项目从行为学分析的角度出发，为菊酯类神经发育毒性的评价提供了简单快速实用的替代模型；研究结果为阐明两类典型的菊酯类杀虫剂神经发育毒性机制的差异提供前期基础，有助于今后发展更加高效低毒的菊酯类杀虫剂，且对于保护儿童的健康发育具有重要意义。

环境中的各种农药残留及导致的生态风险和公共卫生问题已成为全世界关注的焦点，包括传统有机磷农药及各种新型农药，如拟除虫菊酯类杀虫剂。本项目以模式动物斑马鱼为研究对象，较为系统地研究了两种常见的有机磷农药（敌百虫和三唑磷）和两种不同毒性代表的菊酯类杀虫剂（氯菊酯和高效氯氟氰菊酯）的发育毒性效应及分子机制。.研究内容包括：（1）上述四种杀虫剂对斑马鱼胚胎的发育毒性及表型影响；（2）上述四种杀虫剂低剂量染毒对斑马鱼仔鱼行为及神经发育相关基因表达的影响；（3）定量蛋白质组学技术筛选氯菊酯和高效氯氟氰菊酯染毒后斑马鱼仔鱼的差异蛋白质表达谱。.研究结果为：（1）敌百虫和三唑磷对斑马鱼胚胎（120 hpf）的半数致死浓度（LC50）分别为：19.65和7.92 mg/L；半数致畸浓度（EC50）分别为：15.28和4.72 mg/L。氯菊酯和高效氯氟氰菊酯对斑马鱼胚胎（120 hpf）的LC50分别为：303.27和108.69 ug/L。上述四种受试物对斑马鱼胚胎的典型致畸效应包括：心包囊肿大，脊柱和尾部弯曲、卵黄囊肿大，身体侧翻等；且均具有发育毒性和潜在的神经毒性，表现为对孵化率、心率、自主运动等的影响。（2）无明显致畸效应的低剂量敌百虫（5 mg/L），三唑磷（1 mg/L），氯菊酯（25 ug/L）和高效氯氟氰菊酯（10 ug/L）染毒即可导致斑马鱼胚胎行为学的异常，表现为对其活力、运动频率、光周期刺激及暗刺激反应的影响；相同剂量的杀虫剂暴露可显著上调斑马鱼胚胎（120 hpf）neurogenin1和nkx2.2a 基因的mRNA表达水平。（3）iTRAQ质谱定量鉴定到氯菊酯（25 ug/L），高效氯氟氰菊酯（10 ug/L）及DMSO （0.001%）处理组斑马鱼胚胎（120 hpf）的共同蛋白质为1935个，其中差异表达水平在1.8倍以上，且显著性分析中有统计学意义的蛋白质为：氯菊酯/DMSO组52个，高效氯氟氰菊酯/DMSO组45个，高效氯氟氰菊酯/氯菊酯组64个。研究结果证实斑马鱼胚胎对菊酯类杀虫剂的敏感性大于传统有机磷农药，提示我们应关注菊酯类杀虫剂的使用对水生生态环境的潜在风险。本研究为阐明两类典型的菊酯类杀虫剂发育毒性机制的差异提供前期基础，有助于今后发展更加高效低毒的菊酯类杀虫剂，且为今后杀虫剂发育毒性的快速评价提供潜在的生物标志物。