纳米氧化锌对斑马鱼的生物效应

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纳米氧化锌(nZnO)具有独特的性质,应用于生产和生活的多个方面。生产和使用nZnO时不可避免的释放到环境中,给环境造成潜在的危险,而这些 nZnO最终汇入到水体,对水生生物造成影响,引起生物组织的病变,甚至生物体死亡。nZnO对水生生物的毒性多停留在现象观察或生理水平的检测上,缺乏 nZnO对水生生物毒性机制的研究。  本文以斑马鱼为受试生物,利用石蜡切片、生理生化检测、荧光定量 PCR和 WB技术,研究 nZnO对肝、肠和鳃组织损伤的影响,探讨nZnO暴露对斑马鱼组织的毒害机制,对评估 nZnO的毒性及水生生态风险具有重要的意义和应用价值。暴露不同浓度(0.05、0.25、5、10、25、50 mg/L)nZnO下,实验中水体状况相对稳定,pH变化不明显;96 h时水体中 Zn2+含量最大,后呈下降趋势,最后趋于相对恒定。石蜡切片结果显示:7 d、15 d和30 d时,实验组斑马鱼肝、肠和鳃组织有不同程度的损伤。肝结构的变化表现为胞质空泡化、核固缩、组织水肿等炎症症状;肠中发现胞质空泡化、淋巴细胞增多、杯状细胞肿胀变形、肠绒毛结构变化等;鳃中上皮细胞增生,淋巴细胞增多,鳃小片边际通道扩张,细胞空泡化,上皮细胞脱落,甚至呈棍状化,部分细胞坏死形成炎症。分光光度法检测实验组(4 h、24 h和96 h)中肝、肠和鳃中 SOD、MDA、CAT、GSH、GSH-PX、GST和 ROS的变化,如高浓度组(50 mg/L96 h)各肝中 MDA和ROS含量达最大,分别为对照组的3倍、2.01倍。结果表明 nZnO能引起斑马鱼组织氧化应激作用,有活性氧和过氧化产物的积累,并能诱导组织损伤。采用荧光定量 PCR技术,在4 h、24 h和96 h测定实验组中肝、肠和鳃中p53、MDM2、Bax、Bcl-2、TNF-α及 IL-6的mRNA相对表达量,发现 nZnO能使组织中凋亡基因和炎症基因表达水平发生变化,如25 mg/L组(24 h)肝和肠中 Bax表达量达最大,是对照组的28倍和6.67倍。说明 nZnO能诱发细胞的凋亡和炎症反应。利用 WB技术检测了4 h、24 h和96 h,肝、肠和鳃中 Bcl-2和 Bax的蛋白表达量,发现组织中 Bax/Bcl-2比值增大,特别是实验组鱼类鳃组织,在处理4 h,Bax/Bcl-2比值均显著增大。进一步说明 nZnO能引起组织中细胞的凋亡。通过测定组织中8-OH-dG含量和利用 DNA laddering技术检测基因组 DNA损伤,实验组中高浓度(50 mg/L15 d)8-OH-dG含量达最大,结果表明,nZnO能诱发 DNA损伤,并进一步证实了 nZnO能诱导细胞发生凋亡。总之,nZnO对斑马鱼组织的损伤与氧化应激作用密切相关,并且还能引起组织中细胞的凋亡和DNA的损伤。
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