有机磷酸酯阻燃剂在海洋青鳉鱼中的毒理机制和代谢研究

The annual production and usage of organophosphate ester flame retardants (OPEs) increased dramatically in recent years. OPEs entered the aquatic system easily and caused contamination. The concentrations of OPEs in seawater and marine biota were significant. However there were very few toxicity data available for OPEs, particularly on marine organisms. We proposed to use marine medaka (Oryzias melastigma) as the marine model species to study the toxic mechanism and biotransformation of OPEs. We will firstly compare the developmental and reproductive toxicities of a few typical OPEs. Subsequently, the biotransformation pathways and major metabolites of OPEs will be identified and the toxicity of major metabolites will be compared with their parent compounds. Most importantly, we will investigate the toxic mechanisms of OPEs based on our hypothesis that OPEs and another marine pollutants, organotins, shared the same molecular mode-of-action. In this regard, we will quantify the expression of genes related to adipogenesis and osteogenesis, which are controlled by the RAR, PPARγ and RXR receptors. In the same time, a complete picture of the differentially expressed proteins upon OPEs exposure will be revealed by proteomics. The proposed project takes OPEs and their metabolites into consideration and will provide a complete set of toxicity data on marine medaka for assessment of the potential harm of OPEs to the marine organisms. In addition, the revealed toxic mechanisms will be of great help for future selection of risk assessment model and unique biomarkers to evaluate the impacts of OPEs on the marine ecosystems.

有机磷酸酯阻燃剂(OPEs)近年来的产量和使用量迅猛增长。OPEs容易进入水环境，在海水及海洋鱼类中的浓度较高。但迄今为止OPEs的毒理研究十分有限，关于其在海洋生物中的毒理数据尤其匮乏。本项目拟以海洋青鳉鱼为模式物种，首先将系统比较几种典型OPEs的发育和繁殖毒性。其次，将鉴定OPEs在海洋青鳉鱼中的主要代谢产物，并比较代谢产物与母化合物之间的毒性差异。最后，将基于提出的科学假设——OPEs与有机锡具有相似的分子作用位点，定量检测受RAR、PPARγ和RXR调控的与成脂和成骨作用相关的基因表达；同时运用蛋白组学手段对差异表达蛋白进行全面扫描。本项目从OPEs及其代谢产物两方面着手进行系统的毒理研究，将为科学评估OPEs对海洋鱼类和海洋生态系统的影响提供较为全面的毒理数据；并在分子水平认识OPEs的毒理作用原理，为将来风险评估模型的选择和建立以及筛选专一且灵敏的生物标记物提供理论基础。

自从传统的溴代阻燃剂被全球逐步禁用，它们的主要替代产品有机磷酸酯阻燃剂（OPEs）近年来的产量和使用量迅猛增长。OPEs容易进入水环境，在海水及海洋鱼类中的浓度较高。但迄今为止OPEs的毒理研究还十分有限，关于其在海洋生物中的毒理数据和毒理机制研究尤其匮乏。本项目以海洋模式生物海洋青鳉鱼为研究对象，首先比较几种典型OPEs的胚胎发育毒性，然后选择毒性较强的两种OPEs, TDCIPP和TPhP，进行两个完整世代的慢性暴露，发现TDCIPP和TPhP暴露在海洋青鳉鱼的幼鱼和成鱼阶段均导致软骨和骨骼发育畸形，影响肝脏发育并造成脂肪积累，并显著阻碍性腺发育。同时，两种污染物还会对海洋青鳉鱼产生显著的繁殖毒性，导致累积产卵量、产卵批次和单次产卵量降低显著。总的来说上述毒性效应在F1世代较F0世代更为显著，即出现长期暴露毒性增强现象。进一步研究发现虽然TDCIPP和TPhP在表观上造成的海洋青鳉鱼发育和繁殖毒性有很多相似之处，但是它们引起毒性的机理并不相同。TDCIPP可能通过促进与骨骼发育相关的bmp2、bmp4和runx2基因的表达；而TPhP则通过抑制这三个基因的表达，对海洋青鳉鱼的软骨和骨骼发育造成影响。TDCIPP可能通过促进海洋青鳉鱼体内脂质合成调控因子的表达，同时仅轻微影响脂质代谢调控因子的表达，从而导致海洋青鳉鱼体内脂质累积；而TPhP暴露则抑制了脂质合成和代谢调控因子表达，其净结果是海洋青鳉鱼肥满度和HSI两个生理参数没有显著变化。TDCIPP和TPhP均影响HPG轴关键调控因子的表达，引起海洋青鳉鱼体内性激素含量变化，造成体内内分泌紊乱，影响成鱼性别分化和性腺发育，进而导致成鱼繁殖力下降。但它们对激素合成和代谢基因的调控也存在着不同。此外，TDCIPP的生物富集系数（BCF）远高于TPhP，这可能是由于TPhP相较于TDCIPP在海洋青鳉鱼体内有较高的代谢速率，被快速地水解为DPhP。本项目对OPEs在海洋青鳉鱼的毒理效应和致毒机理方面进行了系统的研究，为科学评估OPEs对海洋鱼类和海洋生态系统的风险提供较为全面的毒理学依据。