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基于~1H NMR代谢组学方法研究敌敌畏对金鱼的毒性

作者: 龙猫 发布时间: 2021年11月11日 15:29:57

【摘要】:自人类在全世界范围内大量使用农药以来,每年会有大量的农药进入到周围环境中,并最终会通过多种不同的途径进入到水体环境中,严重影响水生生物的健康,破坏水环境中的生态系统平衡。生活在水环境中的鱼类数量非常庞大,它们不仅可以为人类提供优质的营养来源,同时也对水环境生态系统中的生态平衡起着重要的作用。由于鱼类的健康状况对所生长的水环境的质量好坏非常敏感,因此对水体环境中农药污染物进行安全性评价显得尤为重要。敌敌畏是一种光谱性、高毒性的有机磷农药,在水环境污染物检测中较为常见,对鱼类有一定的毒性作用。在这项研究中,我们通过1H NMR代谢组学的方法对金鱼(Carassius auratus)内源性小分子代谢物进行定性与定量分析,结合组织病理学、生化指标测试及免疫组织化学等传统生物学研究手段研究敌敌畏对金鱼的毒性作用及探索其潜在的致毒机理。通过预实验筛选出高、中、低剂量组(5.18、2.59、1.73 mg/L)和一个对照组(0 mg/L)进行为期10天的水体染毒实验。染毒实验结束后,处死金鱼并取鳃、脑、肝、肾组织和血液进行测试分析。鳃、脑、肝、肾的组织病理学分析发现:敌敌畏对金鱼的脑组织没有造成损伤,但是对鳃、肝、肾组织造成了严重的损伤;而在抗-GFAP免疫组织化学分析中,金鱼脑组织中胶质纤维酸性蛋白(GFAP)呈阳性反应,显示大脑神经系统中星形细胞被活化;同时,生化指标测试显示:在敌敌畏剂量组中谷胱甘肽还原酶(GR)的活性在脑组织中降低而在肝组织中升高,谷氨酰胺合成酶(GS)的活性在脑和肝组织中均升高,谷胱甘肽转移酶(GST)的活性则只在肝组织中升高,血液尿素氮(BUN)含量也出现升高的现象;最后,NMR核磁数据的正交信号矫正-偏最小二乘法分析(OSC-PLS-DA)结果显示:敌敌畏造成金鱼脑、肝、肾组织中的内源性代谢物出现剂量依赖性变化,包括:大脑中的谷氨酸、天冬氨酸、乙酰胆碱、γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、AMP和乳酸;肝脏中的谷胱甘肽、葡萄糖、组胺;以及肾脏中的BCAAs、AMP、天冬氨酸、谷氨酸、核黄素。通过这些代谢物变化构建金鱼体内代谢通路,我们发现:敌敌畏造成金鱼神经递质的失衡、氧化应激反应以及能量和氨基酸代谢的紊乱;另外,谷氨酸降解和谷胱甘肽氧化还原系统对金鱼体内应对敌敌畏中毒的主要保护措施。