多种除草剂联合毒性机制的蛋白组学与代谢组学研究

大多数除草剂对人畜的急性毒性较低，极少有急性中毒发生。但使用除草剂能污染水源、残留在粮食和蔬菜中，通过食物链而使人畜发生慢性危害作用。目前，国内外对除草剂的联合毒性作用的研究尚不多见，探讨其联合毒性更具有实际意义。本研究拟将代谢组学和蛋白质组学技术与传统生殖发育毒性评价技术相结合，研究除草剂生殖发育毒性的作用及机制。通过对染毒动物病理、生化、功能指标的检测，确定除草剂生殖发育毒性作用的表现和特征。检测染毒前后蛋白质表达谱的改变，找到毒性损伤过程可能涉及的蛋白质，确定损伤可能的物质基础。最后结合染毒前后代谢产物谱的变化，研究其改变的时间-剂量-效应关系，进而探讨其作用机制。最终从蛋白质/代谢产物层面探讨除草剂生殖发育毒性的可能机制，筛选毒性作用的生物标志物，提供安全性评价的早期快速筛选方法，建立代表不同毒作用机制的蛋白质/代谢产物表达变化的数据库。

本研究用除草剂阿特拉津、草甘膦、乙草胺和三种除草剂联合给动物连续染毒180天，通过动物体重和组织病理学变化，观察除草剂的亚慢性毒性；运用代谢组学技术检测染毒大鼠尿液中代谢产物的变化，筛选早期、敏感、特异的生物标志物；运用蛋白组学技术检测大鼠肝脏中蛋白产物的表达，找到差异蛋白，探讨毒作用机制。结果表明：①随着染毒时间延长，大鼠体重逐渐增加，但在相同时间点染毒组大鼠体重与对照组相比降低，染毒24周出现显著性差异（p<0.05），说明三种除草剂均影响大鼠体重；②病理组织学可见肝细胞嗜酸性变性和坏死，肾脏上皮细胞空泡变性和肾小球囊腔中蛋白渗出，表明肝脏和肾脏受到损害；③大鼠尿液代谢组学研究发现，正负离子模式下各染毒组与对照组在染毒后第4周开始代谢轨迹出现分离，随着染毒时间延长，分离趋势愈加明显，表明各组代谢谱有差别；④阿特拉津组筛选出9种可能的生物标志物，包括阿特拉津、羟基化阿特拉津、脱乙基阿特拉津、脱异丙基乙基阿特拉津、脱异丙基羟基化阿特拉津（DIHYA）、7-甲基鸟嘌呤、胞嘧啶、马尿酸、α-乙酰基-L-精氨酸；⑤草甘膦组筛选出6种可能的生物标志物，即马尿酸、L-精氨酸、辛二酸、3-甲基丙酮酸、牛磺酸、葡萄糖酸；⑥乙草胺组筛选出10种可能的生物标志物，即生物蝶呤、马尿酸、酪氨酸、柠檬酸、壬二酸、葡萄糖酸、吲哚酚硫酸、牛磺酸、胆酸、泛酸；⑦联合组筛选出7种可能的生物标志物，即阿特拉津、谷氨酰胺半胱氨酸、1-甲基鸟嘌呤、泛酸、脱异丙基阿特拉津、羟基化阿特拉津、脱异丙基乙基阿特拉津；⑧各实验组共筛选出37个有意义的差异蛋白，其中GSTM1、MUP、KNG、Pdia3、Ca3蛋白的变化表明动物肝脏和肾脏受损，并有癌变发生的可能。筛选出的代谢/蛋白产物有待进一步研究，确定可靠的生物标志物，深入探讨除草剂的毒性机制，为制定切实可行的预防措施提供科学依据。本项目按照课题计划任务书的内容已顺利完成，目前课题组参加国内学术会议2人次，已发表国内核心期刊论文2篇，指导硕士研究生3名，2篇英文文章待发表。