近日,南方科技大學環境科學與工程學院講席教授鄭春苗團隊圍繞“環境污染的生態健康效應”主題,在環境科學領域期刊Environmental Science & Technology上連續發表3篇論文,報導了斑馬魚中抗生素暴露對子代的免疫毒性及機理、腸道菌群對抗生素免疫毒性的介導作用以及全氟辛烷磺醯胺對心臟發育的毒性效應及機制。
抗生素和全氟化合物是環境中普遍存在的新污染物,由於其大量應用於人類生產和生活中,並通過機體代謝排放,已經對環境(尤其是水環境)造成持續的污染。針對抗生素和全氟化合物對生物健康效應的研究,對保護環境及促進生命健康發展具有重要意義,闡明抗生素和全氟化合物的致毒機理可以為有效解決和控制環境污染物提供理論支撐。
研究團隊首先聚焦於抗生素的子代免疫毒性開展研究,相較於親代,子代因早期免疫系統發育不完全,受抗生素污染暴露影響可能更大。囙此,研究團隊以斑馬魚為研究對象,結合生物化學、毒理學、分子生物學和分子建模等多種研究手段探究親代抗生素暴露對子代免疫系統的影響。研究結果表明,抗生素能够通過跨代免疫抑制作用顯著减弱斑馬魚子代的抗菌活性。具體表現為干擾子代先天免疫和適應性免疫應答反應,影響巨噬細胞和中性粒細胞的數量、免疫相關基因的表達以及其他免疫功能(圖1和圖2)。此外,結合蛋白免疫印迹(Western blot)科技和特异性抑制劑實驗,團隊揭示了NF-κB在抗生素跨代免疫毒性中的重要介導作用。該研究為闡明抗生素的跨代毒性作用奠定基礎,為評估低劑量化學品對生物健康的危害提供科學依據。
圖1.典型抗生素氯四環素CTC父/母代暴露對子代的免疫毒性及致毒機理研究
圖2.典型抗生素氯四環素CTC父/母代暴露對子代的免疫毒性影響
研究團隊深入探究了抗生素暴露與斑馬魚免疫系統毒性、腸道菌群穩態失衡的關係。採用宏基因組測序方法及分子生物學方法系統解析了抗生素暴露對斑馬魚腸道菌群影響及免疫調節干擾作用;通過生信分析方法及統計學方法解析可能介導抗生素免疫毒性的關鍵菌種;然後利用抗生素對關鍵菌種高豐度斑馬魚及野生斑馬魚的免疫干擾异同,驗證關鍵菌種對抗生素的免疫介導作用;同時對比抗生素暴露野生斑馬魚和無菌斑馬魚對經典免疫過程的干擾,揭示腸道菌群介導抗生素免疫調節的作用機制(圖3和圖4)。
圖3.腸道菌群介導抗生素干擾斑馬魚免疫調節
圖4.腸道菌群介導抗生素干擾斑馬魚免疫調節
心臟是所有脊椎動物胚胎發育過程中最先發育的功能器官,囙此評估污染物的心臟毒性對於評估環境污染物的健康風險具有十分重要的意義。研究團隊利用轉錄組學的方法預測了全氟化合物PFOS低濃度暴露對斑馬魚的心臟發育毒性作用。與轉錄組結果一致,研究結果表明PFOSA能够顯著誘導斑馬魚心臟形態异常改變、心功能障礙以及心臟發育相關基因表達失調。通過GESA分析發現PFOSA暴露導致芳香烴受體(AHR)訊號顯著富集,結合AHR受體抑制劑和morpholino knock-down科技,研究團隊證實了AHR具有介導PFOSA引發斑馬魚心臟發育毒性的作用(圖5)。
圖5.全氟辛烷磺醯胺(PFOSA)對斑馬魚心臟發育過程的毒性效應及作用機制
以上研究成果,南科大均為論文第一單比特,鄭春苗為通訊或共同通訊作者。南科大公共衛生及應急管理學院助理教授裘文慧為抗生素相關兩篇論文的第一作者。鄭春苗課題組科研助理陳紅紅為全氟化合物研究論文的第一作者,裘文慧為共同通訊作者。
以上研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發計畫、深圳市科技創新委員會、國家環境保護地表水-地下水污染綜合防治重點實驗室、廣東省土壤與地下水污染防控與修復重點實驗室、廣東省基礎與應用基礎研究基金、廣東省領軍人才計畫等的支持。
論文連結:
1.https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.1c07343
2.https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.1c08712
3.https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.1c08875