过量硒-L-蛋氨酸对青鳉鱼...作用及与氧化应激机制的关联_周旖妮.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:内蒙古自治区自然科学基金资助项目(2021LHMS02007,2020MS08103);内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZC17203);内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY22462);内蒙古民族大学科学研究项目(NMDYB18019);内蒙古民族大学博士科研启动基金项目(BS555)第一作者:周旖妮(1996),女,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:;#共同通信作者(Co-Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220207001周旖妮,王欢,杨景峰,等.过量硒-L-蛋氨酸对青鳉鱼胚胎的毒性作用及与氧化应激机制的关联J.生态毒理学报,2022,17(6):365-375Zhou Y N,Wang H,Yang J F,et al.Toxicity of excess selenium-L-methionine on medaka embryos and its relationship with oxidative stress mechanismJ.Asian Journal of Ecotoxicology,2022,17(6):365-375(in Chinese)过量硒-L-蛋氨酸对青鳉鱼胚胎的毒性作用及与氧化应激机制的关联周旖妮1,王欢1,杨景峰1,于永利1,2,#,董武1,*1.内蒙古自治区毒物监控及毒理学重点实验室,内蒙古民族大学动物科技学院,通辽 0280002.内蒙古民族大学生命科学与食品学院,通辽 028000收稿日期:2022-02-07 录用日期:2022-03-08摘要:采矿和农业经营过程中硒(Se)会释放到水生生态系统中造成环境污染。本研究使用日本青鳉鱼(Oryzias latipes)胚胎作为模式动物研究硒代蛋氨酸(SeMet)的发育毒性和潜在的氧化应激机制。给 6 7 hpf(hours post-fertilization,hpf)的青鳉鱼胚胎暴露0(对照)、0.1、10、100、500 和1 000 mol L-1的 SeMet,并检测胚胎存活率、孵化率、形态学和基因表达,并考察氧化应激关联代谢物质的变化。ICP-MS 数据显示有机硒通过绒毛膜影响发育中的胚胎。10 1 000 mol L-1SeMet 显著降低了青鳉胚胎的存活率(32.1%0%),100 1 000 mol L-1SeMet 显著减少了孵化率(58%0%),例外的是10 mol L-1浓度组的死亡率与最高浓度组的相当。10 500 mol L-1SeMet 造成血液色素强度显著降低(50%87.5%,P0.05),此外,SeMet 暴露造成部分胚胎的心囊水肿、鱼鳔缺失等表型,总发生率超过 51%(P0.05)。100 mol L-1SeMet 也引起氧化应激遗传标记物Nrf2mRNA(2.1 倍,P0.05)和GPx4mRNA 基因表达的显著增加(3.7 倍,P0.05)。此外发现 10 100 mol L-1的 SeMet 引起超氧化物歧化酶(SOD)活性的降低(31%32.8%,P0.05),也同时引起活性氧(ROS)(1.37 倍 1.23 倍,P0.05)和丙二醛(MDA)(1.39 倍 1.40 倍,P0.05)含量的升高。研究表明,SeMet 暴露造成青鳉鱼的胚胎毒性(包括形态学和行为学变化)可能与硒造成的氧化应激相关,也可推知有机硒的过量摄入可能会影响人体健康,尤其是在怀孕期间。关键词:硒-蛋氨酸;青鳉;胚胎毒性;氧化应激文章编号:1673-5897(2022)6-365-11 中图分类号:X171.5 文献标识码:AToxicity of Excess Selenium-L-methionine on Medaka Embryos and ItsRelationship with Oxidative Stress MechanismZhou Yini1,Wang Huan1,Yang Jingfeng1,Yu Yongli1,2,#,Dong Wu1,*1.Inner Mongolia Key Laboratory of Toxicant Monitoring and Toxicology,College of Animal Science and Technology,Inner MongoliaMinzu University,Tongliao 028000,China2.College of Life Sciences and Food Engineering,Inner Mongolia Minzu University,Tongliao 028000,ChinaReceived 7 February 2022 accepted 8 March 2022366 生态毒理学报第 17 卷Abstract:Selenium(Se)can be released into aquatic ecosystem during mining and agricultural operations,resul-ting in environmental pollution.We used Japanese medaka(Oryzias latipes)embryos as model animals to investi-gate the developmental toxicity and potential oxidative stress mechanisms of selenomethionine(SeMet).6 7 hourspost-fertilization(hpf)medaka embryos were exposed to 0(control),0.1,10,100,500 and 1 000 mol L-1SeMet,and embryo survival,hatchability,morphology,gene expression,and changes in metabolites associated with oxida-tive stress were examined.ICP-MS data showed that organic selenium affects developing embryos through the cho-rionic membrane.10 1 000 mol L-1SeMet significantly reduced the survival rate(32.1%to 0%)and 100 1 000 mol L-1SeMet significantly reduced hatchability(58%to 0%),The exception is that the mortality rate ofthe 10 mol L-1concentration group showed a non-dose-response relationship compared to the highest concentra-tion group.10 500 mol L-1SeMet resulted in a significant decrease in blood pigment intensity(50%87.5%,P0.05).In addition,SeMet exposure resulted in pericardial edema and loss of swim bladder in some embryos,with a total incidence of more than 51%(P0.05).100 mol L-1SeMet also significantly increasedNrf2mRNA(2.1 folds,P0.05)andGPx4mRNA gene expression(3.7 fold,P0.05).In addition,it was found that 10 100 molL-1SeMet de-creased superoxide dismutase(SOD)(31%32.8%,P0.05),and increased reactive oxygen species(ROS)(1.371.23 times,P0.05)and malondialdehyde(MDA)(1.39 1.40 times,P0.05).These results suggest that SeMetexposure may be associated with oxidative stress induced by selenium in medaka.It is supposed that excessive in-take of organic selenium may affect human health,especially during pregnancy.Keywords:seleno-L-methionine;medaka;embryo toxicity;oxidative stress 硒(selenium,Se)是人和动物正常生长和发育所需的一种天然微量元素。但当其浓度较高时,会产生毒性作用1-2。硒经由农业灌溉排水、采矿作业和燃煤残留物进入淡水环境3。令人担忧的是,富硒煤灰排放到附近水域,导致硒积累的增加,并对居民和各种动物产生负面影响。美国北卡罗来纳州贝勒斯湖和萨顿湖受到含硒煤灰的污染,也造成湖内鱼类组织中的硒含量超标,硒含量远超毒性阈值4-5。硒代蛋氨酸(seleno-L-methionine,SeMet)是水生食物链中有机硒的主要形式,有机硒对胚胎发育作用明显6-7。当亲代(F0)饮食中的 SeMet 在体内积累到一定程度时会影响鱼卵的发育,甚至导致畸形8-9。许多鱼类的早期生命阶段对环境污染物非常敏感10。鱼类对硒的敏感性可能与其硒蛋白含量高有关11。在盐度水平较高的环境下,青鳉鱼(Ory-zias latipes)对 SeMet 毒性尤为敏感,可导致死亡率、孵化率和畸形率增加12-13。有关硒毒性机制,有 2 种假说:(1)蛋白质组装过程中硫被取代导致分子结构和功能改变;(2)氧化应激导致蛋白质、脂质和 DNA 损伤6,14。后者最受关注。氧化应激是有机体对外来或者内部代谢化学物质的应激反应。很多化学物质导致氧自由基和脂质过氧化物的过量产生,进而有机体会应激产生过量的抗氧化剂或自由基清除酶,对细胞造成损害15-16。有机硒是否影响超氧化物歧化酶(superox-ide dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)等抗氧化酶,并增加活性氧(reactive oxygen species,ROS)和丙二醛(malondialdehyde,MDA)的产生,从而对多个器官造成氧化损伤还有待研究。ROS 过量产生,或抗氧化剂减少,导致生物大分子受损,危及细胞的健康17。ROS 激活涉及转录因子 NF-E2 相关因子2(Nrf2),它与抗氧化反应元件(antioxidant responseelement,AREs)结合,并调节对氧化剂和亲电试剂的适应性反应18。宿主代谢将 SeMet 转化为能够氧化谷胱甘肽(glutathione,GSH)的硫醇等化合物以产生超氧化物,进而导致氧化应激19-20。而谷胱甘肽过氧化物酶 4(glutathione peroxidase4,GPx4)是谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)蛋白质家族的成