BPA对稀有鮈鲫雄性生殖和子代发育的影响及分子机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guizhong1121
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双酚A(BPA)是一种重要的化工原料,被广泛应用于高分子塑料和化工材料的生产。大量应用导致其在水环境中广泛分布,对鱼类的生殖和发育造成潜在的威胁。研究证实BPA可通过影响雄性生殖功能而对哺乳动物产生生殖毒性。然而,BPA对鱼类生殖毒性效应的研究却较为缺乏。本研究以雄性稀有鮈鲫为研究对象,用15μg L-1BPA(环境相关浓度)暴露7天、14天和21天。同时,以25 ng L-1 17α-乙炔基雌二醇(EE2)为阳性对照。通过蛋白质免疫印迹、免疫组化、实时定量PCR、染色体步移、染色质免疫共沉淀和高通量测序等方法探究了精巢组织学变化以及BPA对精巢睾酮(T)水平的调控机制;检测了精巢支持细胞屏障完整性、支持细胞屏障组成蛋白变化及炎症因子所诱导的转录调控在BPA所致稀有鮈鲫精巢支持细胞屏障完整性破坏中的作用机制。在此研究基础上,为了更加真实的模拟鱼类面临的环境问题,本研究又对雄性稀有鮈鲫进行了为期90天的暴露试验,进一步探究了长期BPA暴露对雄鱼的生殖毒性及分子机制。此外,BPA暴露后的雄性亲本,与正常雌性繁殖获得子一代和子二代个体,通过mi RNA高通量测序等方法进一步探究了BPA父本效应的代际遗传规律。获得的主要研究结果如下:1.15μg L-1BPA可诱导稀有鮈鲫精巢组织出现炎症反应,降低精子的激活率。BPA暴露7天和14天后,稀有鮈鲫精巢T水平显著降低,精巢中细胞增殖抗原(PCNA)显著增加。转录组测序结果表明15μg L-1BPA暴露14天导致稀有鮈鲫精巢中203个基因显著上调而151个基因发生显著下调。其中,细胞周期调控、PPAR信号通路、类固醇合成通路和雌激素信号通路均被显著富集。精巢PPARα和PPARγ蛋白水平在BPA暴露后发生显著性变化。雌激素受体ER蛋白水平在BPA暴露7天和21天后显著升高。类固醇急性调节蛋白St AR基因表达在BPA暴露7天和21天后显著下调,而在暴露14天后显著上调,且St AR基因5′侧翼区域对ER招募与St AR基因的表达具有一定的相关性。2.BPA暴露引起精巢支持细胞屏障组成蛋白(Claudin-3、CX43、Occludin、N-cadherin、β-catenin和ZO-1)的表达或分布的异常,进而破坏了精巢支持细胞屏障的完整性。同时,BPA暴露引起精巢支持细胞屏障组成蛋白基因(CX43和occludin)表达显著下调,CX43和occludin 5′侧翼区域对SP1招募被显著抑制。BPA暴露引起细胞因子(TNFα和IL-1β)蛋白水平显著升高,JNK信号通路被激活。此外,BPA暴露显著增加了精巢基质金属蛋白酶1(MMP1)和MMP2蛋白的水平。另外,BPA和EE2对稀有鮈鲫精巢支持细胞屏障的破坏作用机制可能并不相同。3.雄性稀有鮈鲫暴露于BPA 90天,导致稀有鮈鲫精子受精能力和运动时间显著降低。精巢出现血管充血和炎症细胞浸润的现象。转录组测序分析发现15μg L-1BPA暴露导致精巢组织中651个基因发生差异表达,而225μg L-1 BPA处理引起770个基因发生差异表达。差异表达的基因主要参与了氧化应激、免疫应答和DNA/组蛋白甲基化等生物学过程。BPA可通过显著提高精巢过氧化氢(H2O2)水平和抑制抗氧化相关酶(过氧化氢酶,CAT)的活性引起精巢组织出现氧化应激。同时,BPA暴露增加了精巢IL-1β蛋白表达。此外,15μg L-1 BPA暴露显著降低了精巢基因组DNA甲基化水平。精巢H3K4me3的蛋白表达在15μg L-1BPA处理组显著降低而在225μg L-1 BPA处理组显著增加。4.15μg L-1BPA暴露稀有鮈鲫雄鱼7天和14天后导致子一代孵化率显著降低和畸形率(14天)显著增加,而子二代孵化率和畸形率并无显著影响。BPA暴露14天,导致雄鱼精子中13个mi RNA显著上调和15个mi RNA显著下调,差异表达的mi RNA富集的靶基因主要参与了Wnt信号通路、卵母细胞分裂、钙离子结合和细胞周期调控等相关通路。差异表达mi RNA中有8个与性腺发育调控相关、17个与骨发育相关。面部软骨染色显示亲本BPA暴露导致子一代个体面部软骨发育被抑制,但子二代面部软骨发育并未受到影响。此外,亲本BPA暴露导致子一代性别比例异常,出现雄性化趋势。亲本BPA暴露并未影响子一代性腺发育。BPA暴露引起骨发育相关基因Runx1和bmp2a在子一代胚胎发育的受精后24 h和120 h均显著下调。同时,参与靶向调控bmp2a的aca-mi R-16a-5P在胚胎发育的受精后24 h被显著上调。综上所述,BPA暴露降低稀有鮈鲫精子质量,引起精巢组织出现炎症反应。此外,BPA通过干扰St AR基因5′侧翼区域对ER招募,干扰T的合成。同时,BPA通过激活细胞因子/JNK信号通路,抑制CX43和occludin 5′侧翼区域对SP1富集,从而破坏了支持细胞屏障的完整性。MMPs所诱导的转录后调控也参与了BPA暴露引起的支持细胞屏障的破坏。另外,长期BPA暴露会诱导精巢组织氧化应激、炎症反应和DNA/组蛋白甲基化的异常,进而导致精子质量的下降。雄性亲本BPA暴露,可通过改变亲本精子中miRNA表达,导致子一代面部软骨发育受到抑制。
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