新型海洋污染物氨基脲对褐牙鲆的抗雌激素效应机制研究

Semicarbazide is an emerging marine contaminant, and the ecological environment health of breeding seas and aquatic product safety in China has been seriously influenced by high levels of semicarbazide residue. In the present project, using in vivo and in vitro methods, we first evaluate the anti-estrogenic effects of semicarbazide in japanese flounder (Paralichthys olivaceus), a marine fish of economic importance, by measuring a variety of endpoints at the individual level (including fecundity, hatchability and gonadosomatic index), histomorphology level (ovarian morphology), hormone level (plasma 17β-estradiol levels) and molecular level (vitellogenin gene transcription and protein expression levels). Then, effects of semicarbazide on the expression of estrogen receptors, 17β-estradiol binding to ERα or ERβ and transportation of 17β-estradiol are investigated to elucidate mechanisms of action of semicarbazide on the function of 17β-estradiol. Besides, based on the inherent toxic effects of semicarbazide on nervous system and lipid metabolism, effects of semicarbazide on the synthesis and metabolism of 17β-estradiol as well as on related neuroendocrine regulation are evaluated to investigate further mechanism underlying the semicarbazide reduced internal 17β-estradiol levels. Totally, this research aims to build up a system involving various chemical targets for comprehensively evaluating the anti-estrogenic effects of semicarbazide in japanese flounder and clarifying its underlying mechanisms of action, and it does also provide new thoughts for future studies focusing on anti-estrogenic mechanisms of other exogenous chemicals.

氨基脲是海洋环境中的一种新型污染物，其残留问题已成为影响我国海域生态环境健康和水产品安全的重要因素之一。本项目以褐牙鲆(Paralichthys olivaceus)为实验对象，采用体内实验与体外实验相结合的方法，首先从个体水平(产卵量，孵化率，性腺指数)、组织学水平(卵巢结构形态)、激素水平(血浆17β-雌二醇(E2)水平)和分子水平(肝脏卵黄原蛋白基因的转录及蛋白表达水平)系统地研究氨基脲的抗雌激素效应；从氨基脲对雌激素受体(ERs)的合成、对E2与ERs的结合、对E2的转运的影响，探讨氨基脲拮抗E2功能的机制；接着以氨基脲的神经毒性和瘦素扰乱作用作为切入点探讨氨基脲对E2的合成、代谢、神经内分泌调控的影响，研究氨基脲降低E2水平的机制。以期建立起氨基脲对褐牙鲆抗雌激素效应综合评价的靶点指标体系，查明氨基脲发挥抗雌激素效应的根本原因，为外源化学物质抗雌激素效应机制的研究提供新的思路。

氨基脲作为海洋环境中的新型污染物，频繁在海水及海洋生物体内检出，逐渐成为威胁我国海洋生态环境和水产品安全的重要因素。本项目以雌性褐牙鲆和雌性斑马鱼为受试生物，结合体内和体外实验，首先从氨基脲降低雌性硬骨鱼产卵量、降低雌鱼卵巢指数和卵母细胞成熟度、下调雌鱼血浆雌激素E2水平以及抑制雌鱼肝脏内雌激素效应基因的表达等多个角度较为系统地阐明了氨基脲的抗雌激素效应。接着本项目从氨基脲对及E2水平及E2功能的影响两个方面入手，初步探明了其产生抗雌激素的机制。研究结果表明氨基脲导致雌性硬骨鱼内源E2水平降低的主要原因是其降低了催化T向E2转化的关键酶基因cyp19a的转录水平，同时E2水平的降低也与star, cyp17, 17beta-hsd 表达量下降所造成的前体物质T的减少有关。由离体实验结果可知，氨基脲并不能直接调控这些基因的表达，因此这些类固醇合成基因mRNA表达量的变化是由HPG轴中GtHs (lhβ, fshβ)的转录被显著抑制所导致的；而HPG轴中lhβ、fshβ mRNA表达量的降低又受到sgnrh/sbgnrh表达量的显著下降以及氨基脲抑制gad67, kiss2和gpr54转录的影响。另一方面，氨基脲干扰E2功能主要是通过抑制雌激素受体的转录来实现的，表面等离子体激元共振实验的结果证实氨基脲并不能干扰E2和ERα的结合。本项目的研究结果为评价外源化学物质对生物体的抗雌激素效应建立起了一个较为系统的指标体系，同时也为众多具有神经内分泌毒性的化合物开展抗雌激素效应机制的研究提供了新的思路。