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      三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)對(duì)大菱鲆(Scophthalmus maximus)免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響

      2022-08-09 10:21:40劉聰衣丹柴迎梅叢柏林
      海洋科學(xué)進(jìn)展 2022年3期
      關(guān)鍵詞:大菱鲆幼魚(yú)脾臟

      劉聰,衣丹,柴迎梅,叢柏林*

      (1.山東 大學(xué) 海洋學(xué)院,山東 威海 264200;2.自然資源部第一海洋研究所,山東 青島 266061)

      三(2-氯乙基)磷酸酯(Tris(2-carboxyethyl)phosphine,TCEP),分子式為C6H12Cl3O4P,分子量為285.31,屬于有機(jī)磷酸酯(organophosphate esters,OPEs)。2017 年7 月底TCEP 在內(nèi)的7 種有機(jī)磷酸酯類(lèi)阻燃劑被聯(lián)合國(guó)環(huán)境署國(guó)際化學(xué)污染小組列在45 種內(nèi)分泌干擾物(Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs)清單中[1]。EDCs 作為類(lèi)激素,在生物體內(nèi)較低劑量也能產(chǎn)生較強(qiáng)的生物學(xué)效應(yīng)[2]。多種EDCs 通過(guò)各種途徑匯集于水體環(huán)境后會(huì)通過(guò)食物鏈的生物濃縮和放大效應(yīng)對(duì)水體生物和養(yǎng)殖動(dòng)物產(chǎn)生影響[3]。目前隨著使用量的增加及在不同水體環(huán)境中的積累,TCEP 已成為各水系中普遍存在的新型污染物,其危害已被廣泛關(guān)注[4-9]。目前包括TCEP 在內(nèi)的OPEs 類(lèi)化合物的毒性研究剛剛開(kāi)始,相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的缺乏阻礙了對(duì)這類(lèi)化合物進(jìn)行高效化學(xué)污染管理。而TCEP 這類(lèi)物質(zhì)在自然界中穩(wěn)定存在,且能毒性累積,針對(duì)其大量使用的現(xiàn)狀,我們急需認(rèn)清TCEP 的環(huán)境毒性[10]。TCEP 可對(duì)多種生物產(chǎn)生危害,如TCEP 會(huì)造成魚(yú)類(lèi)內(nèi)分泌干擾毒性以及神經(jīng)毒性[11-12],還會(huì)造成鮭魚(yú)(Oncorhynchus keta)氧化應(yīng)激反應(yīng)和脂質(zhì)過(guò)氧化[13-14]。在無(wú)脊椎動(dòng)物中,TCEP 會(huì)造成線(xiàn)蟲(chóng)(Caenorhabditis Elegans)運(yùn)動(dòng)能力下降,損害線(xiàn)蟲(chóng)神經(jīng)元,同時(shí)具有誘發(fā)帕金森病的神經(jīng)毒性[15]。在哺乳動(dòng)物中,TCEP 可造成大鼠(Rattus norvegicus)肝腎免疫器官毒理?yè)p傷[16],造成小鼠(Mus culus)氧化應(yīng)激和內(nèi)分泌紊亂[17]。由此可見(jiàn),TCEP 可造成多種動(dòng)物內(nèi)分泌干擾及免疫器官損害。

      大菱鲆(Scophthalmus maximus)俗稱(chēng)“多寶魚(yú)”,肉質(zhì)鮮嫩、營(yíng)養(yǎng)高、易消化、經(jīng)濟(jì)效益高,是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)海水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)[18-19]。它屬冷水性魚(yú)類(lèi),對(duì)海水水質(zhì)要求較高[20]。隨著工業(yè)及生活污水排放量的增加,海水中累積的各類(lèi)污染物給大菱鲆養(yǎng)殖行業(yè)帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。目前,常見(jiàn)的農(nóng)藥殘留、重金屬污染等危害已被廣泛關(guān)注和研究,并采取了相應(yīng)解決措施,而近些年來(lái)出現(xiàn)的新型污染物對(duì)大菱鲆養(yǎng)殖業(yè)的潛在危害尚未被完全認(rèn)知。TCEP 對(duì)大菱鲆免疫的影響尚未見(jiàn)報(bào)道。

      近年來(lái)隨著TCEP 使用量增加,在海水中監(jiān)測(cè)到的積累量不斷升高,對(duì)大菱鲆等海水養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的威脅性增加。我們通過(guò)測(cè)定大菱鲆的TCEP 半致死濃度(lethal concentration 50%,LC50)[21]以及安全濃度(safe concentration,SC)[21],評(píng)估TCEP 對(duì)大菱鲆的生物毒性效應(yīng),這是毒理學(xué)研究的有效方法。已有研究表明,腫瘤壞死因子alpha (TNF-α) 基因在脂多糖LPS 刺激虹鱒(Oncorhynchus mykiss)巨噬細(xì)胞反應(yīng)和組織相容性復(fù)合體alpha (MHC-Ⅱ α)基因表達(dá)時(shí)起增強(qiáng)劑的作用[22]。在牙鲆(Paralichthys olivaceus)、金槍魚(yú)(Thunnus albacores)和斑馬魚(yú)(Danio rerio)等硬骨魚(yú)不同器官中,MHC-Ⅱ α和TNF-α的基因表達(dá)具有相關(guān)性[23-25]。所以我們將免疫相關(guān)因子MHC-Ⅱ α和TNF-α[26-29]作為共同生物標(biāo)志物,評(píng)估TCEP 對(duì)大菱鲆免疫系統(tǒng)的影響。以期為大菱鲆健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù),為大菱鲆環(huán)境污染物檢測(cè)提供分子標(biāo)記參考。

      1 材料和方法

      1.1 樣品和試劑

      實(shí)驗(yàn)用大菱鲆于2019 年10 月11 日購(gòu)于山東煙臺(tái)宗哲水產(chǎn)養(yǎng)殖公司,大菱鲆幼魚(yú)先后2 批共400 條,生長(zhǎng)期4 個(gè)月,未達(dá)到性成熟,單條體長(zhǎng)(17±2) cm,體重(56±4) g,用于測(cè)定半致死濃度LC50及免疫相關(guān)基因變化;大菱鲆成魚(yú)1 批,共50 條,生長(zhǎng)期1 a,已達(dá)到性成熟,單條體重約600 g,約為幼魚(yú)的10 倍,用于測(cè)定半致死濃度LC50。實(shí)驗(yàn)用海水在膠州灣岸邊由水泵抽取,并用紗布進(jìn)行過(guò)濾除去雜質(zhì)。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)大菱鲆的培養(yǎng)條件為鹽度(34.2±0.2)、溫度(16±2)℃、pH(7.8±0.2)、溶氧質(zhì)量濃度(7.5±0.2) mg/L。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件下養(yǎng)殖7 d 后開(kāi)始實(shí)驗(yàn),利用TCEP 進(jìn)行脅迫處理。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前2 d 停止喂食,停食期間大菱鲆無(wú)死亡。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處置方法符合動(dòng)物倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。三(2-氯乙基)磷酸酯(TCEP)購(gòu)于上海麥克林生化科技有限公司,純度99%(CAS 編號(hào):115-96-8)。

      1.2 TCEP 對(duì)大菱鲆的半致死濃度LC50 和安全濃度的測(cè)定

      半致死濃度(LC50)是衡量水體中污染物對(duì)生物毒性大小的重要參數(shù),安全濃度(SC)是指長(zhǎng)期暴露但不會(huì)產(chǎn)生不良效應(yīng)的指標(biāo)。

      2003 年Fisk 等研究添加TCEP 對(duì)魚(yú)類(lèi)96 h 的LC50數(shù)據(jù)范圍為6.30~250.00 mg/L[30]。我們?cè)诖嘶A(chǔ)上進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn),并結(jié)合所購(gòu)買(mǎi)的TCEP 的質(zhì)量濃度(1.39 g/mL),將實(shí)驗(yàn)組TCEP 質(zhì)量濃度分別設(shè)定為83.40 mg/L、97.30 mg/L、132.10 mg/L、152.90 mg/L、187.70 mg/L、197.40 mg/L 和228.20 mg/L。取8 個(gè)68 L 培養(yǎng)箱,分別注入30 L 過(guò)濾海水,每個(gè)培養(yǎng)箱放置10 條大菱鲆幼魚(yú),實(shí)驗(yàn)組加入不同質(zhì)量濃度梯度的TCEP,對(duì)照組不添加TCEP。添加TCEP 時(shí)少量多次添加、不斷攪拌致溶液呈透明,水面無(wú)油滴狀,保證其在海水中充分溶解。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中實(shí)驗(yàn)組每隔24 h 觀測(cè)記錄一次大菱鲆的死亡率,對(duì)照組大菱鲆未出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。

      統(tǒng)計(jì)不同質(zhì)量濃度梯度TCEP 處理大菱鲆幼魚(yú)24 h、48 h、72 h 和96 h 時(shí)的死亡數(shù)量,通過(guò)寇氏法[31]計(jì)算半致死濃度LC50及標(biāo)準(zhǔn)誤。采用24 h 時(shí)幼魚(yú)的TCEP 半致死濃度對(duì)40 條大菱鲆成魚(yú)進(jìn)行毒性試驗(yàn)。安全濃度(SC,mg/L)采用Turubell 氏公式[31]計(jì)算:

      式中:A為24 h LC50;B為48 h LC50。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算采用Excel 軟件[32],數(shù)值=平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。

      1.3 MHC-Ⅱ α和TNF-α 基因表達(dá)的測(cè)定

      魚(yú)類(lèi)主要組織相容性復(fù)合體(major histocompatibility complex,MHC)參與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和激發(fā)機(jī)體特異性免疫反應(yīng)[26]。MHCⅡ類(lèi)分子不僅能識(shí)別和清除抗原,還參與和調(diào)控機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)[27]。魚(yú)類(lèi)MHCⅡ類(lèi)分子主要由α 鏈和β 鏈異二聚體組成,與哺乳動(dòng)物的MHC-Ⅱ α 在跨膜區(qū)保守區(qū)存在差異[28]。腫瘤壞死因子α(TNF-α)主要存在于動(dòng)物血清中,具有殺傷腫瘤細(xì)胞、抑制腫瘤細(xì)胞增殖的作用[29]。

      根據(jù)我們測(cè)定獲得的24 h 時(shí)TCEP LC50,設(shè)置實(shí)驗(yàn)組的TCEP 質(zhì)量濃度分別為,設(shè)不添加TCEP 的海水對(duì)照組。每個(gè)箱內(nèi)放入14 條大菱鲆幼魚(yú)。在TCEP處理3 h、6 h、12 h 和24 h 后,從各實(shí)驗(yàn)組隨機(jī)撈取3 條幼魚(yú),經(jīng)20 mg/L 丁香酚麻醉后[33],取脾臟、頭腎、鰓和腸,取樣后將3 條魚(yú)的相同組織混合,立刻用液氮冷凍。采用Trizol?Reagent(上海Invitrogen 公司生產(chǎn),編號(hào)15 596 026)和PrimeScript RT?reagent kit with gDNA Eraser(大連Takara 公司生產(chǎn),編號(hào)RR047A),參照說(shuō)明書(shū)提取大菱鲆幼魚(yú)的mRNA 并反轉(zhuǎn)錄為cDNA。

      利用Primer5.0 軟件設(shè)計(jì)β-actin,MHC-II ɑ和TNF-ɑ基因(Gene Bank 序列號(hào)分別為AY008305.1,DQ094170.1,F(xiàn)J654645.1)的引物[34]:β-actinF:TGTCCCTGTATGCCTCTGGTCG,β-actinR:CAGTGGTGGTGAAGGAGTAGCC,MHC-II ɑF:CTCAACATTCCCTATCCCAACA,MHC-II ɑR:CAATAGTCAGACCCAGTCCACA,TNF-ɑF:CACAG GATATGGCGGTACTCG,TNF-ɑR:AGCTCGGACAGCATGTTGGT。引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。

      將同一條件下處理的3 條幼魚(yú)不同組織所獲得的cDNA 混合后作為模板,采用MX3005P 熒光定量?jī)x(美國(guó)Stratagene 公司生產(chǎn))進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR(quantitative reverse transcription-PCR,qRT-PCR)分析。采用SYBR Premix Ex Taq II(大連Takara 公司生產(chǎn),編號(hào)RR820A)試劑盒,擴(kuò)增體系:SYBR?Premix Ex Taq II(Tli RNaseH Plus)(2×),10μL;PCR Forward Primer(10μmol/L),0.8μL; PCR Reverse Primer(10μmol/L),0.8μL ;ROX Reference Dye(50×),0.4μL; 1× DNA 模板,2.0μL; dH2O(滅菌蒸餾水) 6.0μL;總計(jì)20.0μL 的體系。擴(kuò)增條件:預(yù)變性 95 ℃ 30 s;95 ℃ 5 s,55 ℃ 15 s,72 ℃ 10 s,40 個(gè)循環(huán);熔解曲線(xiàn)分析 95 ℃ 1 min,55 ℃30 s,95 ℃ 30 s。采用MxPro 軟件包對(duì)溶解曲線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和結(jié)果分析[35],MHC-II ɑ,TNF-ɑ和β-actin基因的溶解曲線(xiàn)呈單一峰值,且熒光定量Ct 值范圍為15~35,說(shuō)明qRT-PCR 實(shí)驗(yàn)體系可靠。以β-actin為內(nèi)參基因,采用2?ΔΔCt方法[36]計(jì)算MHC-Ⅱ α和TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量,數(shù)值=平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(n=3)。采用SPSS 17.0 軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行t檢驗(yàn)[37],p<0.05 為顯著性差異,p<0.01 為極顯著性差異。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 TCEP 對(duì)大菱鲆的LC50 和安全濃度的影響

      不同質(zhì)量濃度梯度TCEP 條件下24 h、48 h、72 h 和96 h 的大菱鲆幼魚(yú)死亡率數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。幼魚(yú)死亡率隨TCEP 質(zhì)量濃度的增加而升高。24 h、48 h、72 h 和96 h 時(shí)大菱鲆幼魚(yú)死亡率曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

      圖1 不同TCEP 質(zhì)量濃度梯度和處理時(shí)間對(duì)大菱鲆幼魚(yú)死亡率的影響Fig.1 Effect of TCEP concentrations and treatment times on the mortality rate of Scophthalmus maximus

      表1 不同質(zhì)量濃度梯度TCEP 脅迫大菱鲆幼魚(yú)的死亡率Table 1 Death rate of juvenile Scophthalmus maximus treated with different mass concentrations gradient of TCEP

      通過(guò)寇氏法[31]計(jì)算表中數(shù)據(jù)可知,大菱鲆幼魚(yú)在TCEP 處理24 h、 48 h、72 h 和96 h 時(shí)的LC50分別為190.76 mg/L(24 h)、159.94 mg/L(48 h)、140.70 mg/L(72 h)和110.71 mg/L(96 h)。標(biāo)準(zhǔn)誤分別為0.027 2、0.012 1、0.012 0、0.015 4。對(duì)照組大菱鲆幼魚(yú)無(wú)死亡現(xiàn)象。以190.76 mg/L 質(zhì)量濃度的TCEP 處理大菱鲆成魚(yú)24 h 時(shí),其死亡數(shù)量正好達(dá)到全部大菱鲆成魚(yú)數(shù)量的50%,說(shuō)明大菱鲆成魚(yú)和幼魚(yú)的LC50相當(dāng)。根據(jù) Turubell 氏公式計(jì)算得ρSC為33.60 mg/L。

      2.2 TCEP 對(duì)大菱鲆幼魚(yú)MHC-Ⅱ α和TNF-α 基因表達(dá)的影響

      2.2.1MHC-Ⅱ α基因的表達(dá)

      添加不同質(zhì)量濃度TCEP 脅迫處理的大菱鲆免疫相關(guān)組織中MHC-Ⅱ α基因表達(dá)變化如圖2 所示。分別添加23.85 mg/L、47.69 mg/L 和95.38 mg/L 的TCEP 后,3 h、6 h、12 h 和24 h 時(shí)內(nèi)大菱鲆幼魚(yú)脾臟、頭腎、鰓和腸組織中的MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量較對(duì)照組都顯著或極顯著提高。

      圖2 大菱鲆主要組織相容性復(fù)合體基因MHC-Ⅱ α 在脾臟、頭腎、鰓和腸組織中隨脅迫時(shí)間的相對(duì)表達(dá)(*表示p<0.05,**表示p<0.01,n=3)Fig.2 Relative expression of MHC-Ⅱ α in spleen,anterior kidney,gill and intestines of Scophthalmus maximus with different stress times(* is p<0.05,** is p<0.01,n=3)

      在脾臟中,隨TECP 質(zhì)量濃度升高和脅迫時(shí)間延長(zhǎng),MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì);TECP 質(zhì)量濃度為的處理組的上升幅度高于的處理組。脾臟中脅迫3 h 時(shí)TECP 質(zhì)量濃度為的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)上升極顯著(p<0.01),TECP 質(zhì)量濃度為的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)顯著上升(p<0.05);脅迫6 h 時(shí)與3 h 時(shí)類(lèi)似,但是TECP 質(zhì)量濃度為的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)上升極顯著(p<0.01);脅迫12 h 時(shí),只有在的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)上升極顯著;TECP 質(zhì)量濃度為的處理組中,24 h 時(shí)表達(dá)量達(dá)到最高值。

      在頭腎組織中,MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在TECP 質(zhì)量濃度為的處理組中上升幅度最大,在24 h 時(shí)相對(duì)表達(dá)量達(dá)到最高值。在鰓組織中,MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)先上升后下降和持續(xù)上升兩種分化趨勢(shì),在脅迫6 h 時(shí)47.69 mg/L 和95.38 mg/L 的處理組中達(dá)到最高值,但隨著時(shí)間延長(zhǎng),12 h 以后相對(duì)表達(dá)量開(kāi)始下降,在TECP 質(zhì)量濃度為的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)上升極顯著(p<0.01),而TECP 質(zhì)量濃度為的處理組MHC-Ⅱ α表達(dá)上升(p<0.05);脅迫24 h 與脅迫 12 h 的趨勢(shì)變化一致。在腸組織中MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在處理組中變化幅度較大,3 h 的相對(duì)表達(dá)量與6 h 相近,6 h 時(shí)相對(duì)表達(dá)量達(dá)到最高值,在24 h 時(shí)相對(duì)表達(dá)量降低。在受到TCEP 脅迫后,實(shí)驗(yàn)組中MHC-Ⅱ α基因的表達(dá)量顯著提高,隨TCEP 的質(zhì)量濃度升高,MHC-Ⅱ α基因在較高濃度和的處理組中表達(dá)量變化明顯,反映出高質(zhì)量濃度的TCEP 對(duì)免疫系統(tǒng)的影響更明顯;而在脅迫時(shí)間超過(guò)12 h 時(shí),表達(dá)量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),可能是免疫系統(tǒng)受到的損傷無(wú)法及時(shí)復(fù)原,導(dǎo)致免疫反應(yīng)的強(qiáng)度下降。

      2.2.2TNF-α基因的相對(duì)表達(dá)

      添加不同質(zhì)量濃度TCEP 脅迫處理的大菱鲆免疫相關(guān)組織中TNF-ɑ基因表達(dá)變化如圖3 所示。在分別添加23.85 mg/L、47.69 mg/L 和95.38 mg/L 的TCEP 后,3 h、6 h、12 h 和24 h 時(shí)內(nèi)大菱鲆幼魚(yú)脾臟、頭腎、鰓和腸組織中的TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量較對(duì)照組都顯著提高(p<0.05)。

      圖3 TNF-ɑ基因在大菱鲆脾臟、頭腎、鰓和腸組織中隨脅迫時(shí)間的相對(duì)表達(dá)(*表示p<0.05,**表示p<0.01,n=3)Fig.3 Relative expression of TNF-ɑ in spleen,anterior kidney,gill and intestines of Scophthalmus maximus with different stress times(*is p<0.05,** is p<0.01,n=3)

      在脾臟中,隨TECP 質(zhì)量濃度升高和脅迫時(shí)間延長(zhǎng),TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)先上升后下降和波浪式的趨勢(shì),TECP 質(zhì)量濃度為的處理組中變化最為明顯,在12 h 時(shí)表達(dá)量達(dá)到最高值,24 h 時(shí)相對(duì)表達(dá)量下降;在脅迫3 h 和6 h 的TECP 質(zhì)量濃度為的處理組TNF-ɑ基因表達(dá)呈顯著性變化。

      在頭腎組織中,TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量在TECP 質(zhì)量濃度為處理組中變化較為明顯,在12 h 時(shí)相對(duì)表達(dá)量達(dá)到最高值,24 h 之后相對(duì)表達(dá)量下降。在鰓組織中,TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在脅迫6 h 時(shí)各處理組中都達(dá)到最高值,隨著時(shí)間延長(zhǎng)相對(duì)表達(dá)量開(kāi)始下降,24 h 時(shí)表達(dá)量極低。在腸組織中,TNF-ɑ基因相對(duì)表達(dá)量在TCEP 質(zhì)量濃度為處理組中呈現(xiàn)上升趨勢(shì),在TCEP 質(zhì)量濃度為處理組中呈現(xiàn)下降趨勢(shì);脅迫3 h 和6 h 的TECP 質(zhì)量濃度為處理組的TNF-ɑ基因表達(dá)變化不呈顯著性,其余處理組都呈顯著或極顯著變化(p<0.05)。

      在受到TCEP 脅迫后,實(shí)驗(yàn)組中TNF-ɑ基因與MHC-Ⅱ α基因的表達(dá)量變化趨勢(shì)相似,隨TCEP 的質(zhì)量濃度升高,TNF-ɑ基因在較高質(zhì)量濃度的處理組中表達(dá)量變化幅度更大,而在脅迫時(shí)間超過(guò)12 h 時(shí),TNF-ɑ基因表達(dá)量呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì),可能與免疫系統(tǒng)受到的損傷無(wú)法及時(shí)復(fù)原相關(guān)。

      3 討論

      內(nèi)分泌干擾物是指環(huán)境中存在的能夠干擾生物體內(nèi)源激素的合成、釋放、轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)合、作用或清除,從而影響機(jī)體的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定、生殖、發(fā)育及行為的外源性物質(zhì)[38]。TCEP 是一種新型的內(nèi)分泌干擾物,屬于有機(jī)磷酸酯(OPEs),主要作為阻燃劑添加到塑料產(chǎn)品、紡織品、電器設(shè)備、家具及建筑物中[39-40]。TCEP 的廣泛應(yīng)用使其在環(huán)境中不斷累積。2011 年英國(guó)亞爾河水中檢出了質(zhì)量濃度極高的OPEs(平均為6 350 ng/L)[4]。2015 年德國(guó)、奧地利、西班牙、意大利、美國(guó)、日本等多個(gè)國(guó)家的地表水中,OPEs 的質(zhì)量濃度范圍為76~2 230 ng/L[5],其中TCEP 都是主要污染組分。地表水中的部分OPEs 隨河流入海,德國(guó)易北河和萊茵河排放入北海的包括TCEP 在內(nèi)的OPEs 分別可達(dá)5.5 和42.5 t/a[6]。2014 年的調(diào)查數(shù)據(jù)中,我國(guó)珠江入??诳?OPEs 質(zhì)量濃度達(dá) 3.120 ng/L,其中TCEP 和 TCPP(磷酸三(2-氯丙基)脂)為主要污染物[7];2015年我國(guó)黃、渤海 40 條入海河流中,包括TCEP、TCPP 和TPPO(三(N,N-四亞甲基)磷酸胺)在內(nèi)的12 種OPEs 在河流中的總OPEs 質(zhì)量濃度范圍為 9.6~1 549.0 ng/L,OPEs 中含氯的TCEP、TCPP 及 TPPO 為主要污染物[8]。還有研究發(fā)現(xiàn)TCPP 和TCEP 可通過(guò)滲透進(jìn)入地下水,并在地下水中持久存在[9]。上述研究說(shuō)明,TCEP 在水環(huán)境中的積累量已經(jīng)不容忽視,而對(duì)于TCEP 對(duì)淡水和海洋生物的生物毒性亟需開(kāi)展更廣泛的檢測(cè)與研究。TCEP(CAS:115-96-8)水溶解度為7.82 g/L,我們實(shí)驗(yàn)所用的TCEP 最大質(zhì)量濃度為0.19 g/L,遠(yuǎn)低于其溶解度,能夠充分溶解。另外在前期實(shí)驗(yàn)了4-甲基芐亞甲基樟腦(4-MBC)、對(duì)羥基苯甲酸丙酯(PP)、鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)等其他內(nèi)分泌干擾物,并測(cè)試了其溶解性,TCEP 無(wú)晶體析出,溶解性良好。

      采用生態(tài)毒理學(xué)理論評(píng)估TCEP 危害[21],常用表型觀測(cè)方式(LC50和SC 為主要指標(biāo))和生物標(biāo)志物檢測(cè)。表型觀測(cè)方式研究結(jié)果表明,0.5 和5.0 mg/L 的 TCEP 可以抑制斑馬魚(yú)(Danio rerio)幼魚(yú)運(yùn)動(dòng)距離,通過(guò)產(chǎn)生氧化損傷造成神經(jīng)毒性[10],也對(duì)人類(lèi)細(xì)胞及斑馬魚(yú)具有內(nèi)分泌干擾毒性[11]。5 mg/L TCEP 還能通過(guò)改變神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子及相關(guān)受體基因表達(dá)對(duì)鮈鯽(Gobiocypris rarus)產(chǎn)生神經(jīng)毒性[12]。已有OPEs 急性毒性研究表明TCPP 對(duì)斑馬魚(yú)(Danio rerio)成魚(yú)96 h 的LC50值為47.06 mg/L[41]、對(duì)大鼠(Rattus norvegicus)經(jīng)口的急性毒性L(fǎng)C50為500~4 200 mg/kg[42]、對(duì)黑頭呆魚(yú)(Pimephales promelas)96 h 的LC50值為51.00 mg/L[12,43];在相關(guān)研究中,TDCPP 對(duì)虹鱒(Oncorhynchus mykiss)96 h 的LC50值為1.10 mg/L,對(duì)斑馬魚(yú)(Danio rerio)胚胎仔魚(yú)116 h的LC50值為7.00 mg/L[43-44];TCEP 對(duì)于魚(yú)類(lèi)96 h 的LC50值范圍為6.30~250.00 mg/L[30]。我們發(fā)現(xiàn)TCEP 對(duì)于大菱鲆的LC50分別為190.76 mg/L(24 h)、159.94 mg/L(48 h)、140.70 mg/L(72 h)和110.71 mg/L(96 h),符合內(nèi)分泌干擾物低劑量強(qiáng)生物學(xué)效應(yīng)的特點(diǎn)。根據(jù)《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》,TCEP 對(duì)大菱鲆幼魚(yú)屬于中毒(100~1 000 mg/L)級(jí)別[45]。鑒于TCEP 對(duì)大菱鲆幼魚(yú)的急性毒性和致死作用,在其養(yǎng)殖活動(dòng)中需對(duì)養(yǎng)殖海水中TCEP 的質(zhì)量濃度及時(shí)監(jiān)控,確保不超過(guò)33.60 mg/L 的安全濃度。

      生物標(biāo)志物的檢測(cè)可深入探究TCEP 毒性機(jī)理[21]。魚(yú)類(lèi)免疫系統(tǒng)分為非特異性免疫和特異性免疫,一般情況下魚(yú)類(lèi)依靠非特異性免疫來(lái)抵御環(huán)境脅迫[46]。而非特異性免疫依賴(lài)各種免疫因子參與,具有代表性的免疫因子可以作為指示非特異性免疫變化的生物標(biāo)志物。大菱鲆免疫相關(guān)因子主要分布在頭腎、脾臟和黏膜相關(guān)的淋巴組織中。頭腎是魚(yú)類(lèi)初級(jí)外周免疫器官,主要由淋巴組織構(gòu)成,是免疫細(xì)胞發(fā)生、分化和增殖的重要場(chǎng)所,也是捕獲抗原和產(chǎn)生抗體的主要器官,在免疫應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮協(xié)同作用[41]。脾臟是魚(yú)體次級(jí)外周免疫器官,是魚(yú)體紅細(xì)胞、粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞產(chǎn)生、貯存和成熟的主要場(chǎng)所[47],在清除大分子物質(zhì)、促進(jìn)抗體生成中起著重要作用[48]。黏膜相關(guān)淋巴組織(MALT)指魚(yú)體中不具備完整淋巴結(jié)構(gòu)的、較為分散的淋巴生成中心,主要包括皮膚、腸和鰓淋巴組織[49]。分析MHC-Ⅱ α和TNF-α的基因表達(dá)結(jié)果可以看出,在受TCEP 脅迫后,大菱鲆免疫相關(guān)的基因相對(duì)表達(dá)量升高,但在不同免疫器官中的反應(yīng)速度和強(qiáng)度有所不同。隨著TCEP 脅迫時(shí)間延長(zhǎng)及質(zhì)量濃度增加,MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量最高的器官為鰓,在脾臟和頭腎組織中基因相對(duì)表達(dá)量呈升高趨勢(shì);而在鰓和腸組織中,基因相對(duì)表達(dá)量呈先升后降趨勢(shì)。在相關(guān)的研究中,虹鱒(Oncorhynchus mykiss)受感染實(shí)驗(yàn)表明,其肝臟和頭腎中的MHC基因在12 h 時(shí)上升,但在36 h 后呈下降趨勢(shì),之后逐漸恢復(fù)正常[50]。大彈涂魚(yú)(Boleophthalmus pectinirostris)在鰻弧菌感染后,MHC-Ⅱ α相對(duì)基因表達(dá)有顯著變化,在12 h 時(shí)分別達(dá)到最大值,且在脾臟組織的表達(dá)量高于肝臟組織的[51]。在鰓組織中,MHC-Ⅱ α基因相對(duì)表達(dá)量在12 h 以后開(kāi)始下降,這可能是由于腮是最直接與TCEP 接觸的器官,其表達(dá)趨勢(shì)也符合轉(zhuǎn)錄水平的變化規(guī)律。

      我們的研究中大菱鲆的MHC-Ⅱ α受到TCEP 脅迫時(shí)迅速變化與此類(lèi)似。TNF-ɑ基因表達(dá)的變化趨勢(shì)與MHC-Ⅱ α相似,在脾臟、頭腎和腸組織中相對(duì)表達(dá)量高峰均出現(xiàn)在12 h,在鰓組織中相對(duì)表達(dá)量高峰出現(xiàn)在6 h。這與細(xì)菌感染日本比目魚(yú)(Pacific Halibut)的研究[24]和菌株感染比目魚(yú)的研究[52]中TNF-α基因表達(dá)的變化趨勢(shì)一致。即在魚(yú)體內(nèi),頭腎作為初級(jí)外周免疫器官,脾臟作為次級(jí)外周免疫器官,共同在免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用[53]。鰓和腸作是黏膜相關(guān)淋巴組織,也屬于免疫器官中外周免疫器官,可以產(chǎn)生淋巴細(xì)胞,對(duì)機(jī)體起到免疫保護(hù)作用[54],在受免疫脅迫時(shí),淋巴組織會(huì)及時(shí)對(duì)脅迫作出反應(yīng)。TNF-ɑ和MHC-Ⅱ α在不同器官中表達(dá)順序不同,可能是由于鰓和腸首先接觸到含TCEP 的海水,而頭腎和脾臟接觸較晚。先接觸TCEP 的鰓和腸通過(guò)免疫相關(guān)因子呈遞抗原,引起機(jī)體免疫應(yīng)答;頭腎和脾臟受到TCEP 影響后,免疫相關(guān)因子增多,同時(shí)分化產(chǎn)生大量免疫細(xì)胞,促進(jìn)抗體生成。隨脅迫時(shí)間延長(zhǎng),免疫相關(guān)因子表達(dá)量下降,可能是由于TCEP 造成的影響無(wú)法消除,導(dǎo)致免疫器官受到損傷,免疫防御能力下降;高質(zhì)量濃度TCEP 脅迫的大菱鲆相對(duì)表達(dá)量下降出現(xiàn)時(shí)間更早,說(shuō)明高質(zhì)量濃度TCEP 對(duì)免疫器官造成的傷害更為嚴(yán)重。

      TCEP 的脅迫會(huì)使大菱鲆免疫相關(guān)組織的MHC-Ⅱ α和TNF-α免疫相關(guān)基因的表達(dá)量上升,說(shuō)明TCEP的脅迫對(duì)大菱鲆的免疫系統(tǒng)造成了影響;隨著TCEP 的脅迫時(shí)間延長(zhǎng),基因表達(dá)量會(huì)出現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),這可能是免疫器官受損導(dǎo)致免疫相關(guān)因子分泌減少,表現(xiàn)出TCEP 對(duì)大菱鲆的免疫系統(tǒng)造成了損傷;隨著TCEP 的質(zhì)量濃度上升,表達(dá)量的變化更明顯,說(shuō)明高質(zhì)量濃度TCEP 的生物學(xué)效應(yīng)更明顯。水環(huán)境中TCEP 積累的量逐漸增長(zhǎng)將成為更為嚴(yán)重的威脅。MHC-Ⅱ α和TNF-α基因表達(dá)水平的變化反映了大菱鲆在受到TCEP 不同程度影響后的狀態(tài),因此兩者可以作為評(píng)估和預(yù)警TCEP 這種內(nèi)分泌干擾物造成的污染狀況的分子標(biāo)志物。

      4 結(jié)語(yǔ)

      我們研究不同質(zhì)量濃度的TCEP 對(duì)大菱鲆不同組織中關(guān)鍵免疫因子基因表達(dá)的影響,測(cè)定了TCEP 脅迫條件下MHC-Ⅱ α和TNF-ɑ基因的時(shí)空表達(dá)特征,推測(cè)其可能會(huì)對(duì)大菱鲆免疫系統(tǒng)造成急性損傷。

      內(nèi)分泌干擾物是具有低劑量強(qiáng)生物學(xué)效應(yīng)及生物鏈放大效應(yīng)的化合物,作為一種新型污染物要警惕其危害性。TCEP 是一種新型內(nèi)分泌干擾物,近年來(lái)隨著使用量不斷增加,在環(huán)境中的積累量也不斷增加。TCEP 由于帶有氯離子,是一種可以長(zhǎng)期穩(wěn)定存在的有機(jī)磷酸酯,需要我們進(jìn)一步明確其毒性。我們的研究表明TCEP 對(duì)大菱鲆的LC50分別為190.76 mg/L(24 h)、159.94 mg/L(48 h)、140.70 mg/L(72 h)和110.71 mg/L(96 h);在海水養(yǎng)殖大菱鲆過(guò)程中,海水中TCEP 積累量不可超過(guò)33.60 mg/L 的安全濃度,這為大菱鲆的健康養(yǎng)殖提供了數(shù)據(jù)支持。TCEP 作為內(nèi)分泌干擾物能對(duì)大菱鲆產(chǎn)生免疫脅迫,使免疫相關(guān)因子MHC-Ⅱα和TNF-ɑ的基因表達(dá)發(fā)生變化,即TCEP 促進(jìn)免疫相關(guān)因子基因相對(duì)表達(dá)量提高。在急性脅迫實(shí)驗(yàn)中,受到TCEP 脅迫的大菱鲆MHC-Ⅱ α和TNF-ɑ的相對(duì)表達(dá)量對(duì)比對(duì)照組會(huì)有明顯上升,當(dāng)質(zhì)量濃度超過(guò)47.69 mg/L()脅迫時(shí)間持續(xù)超過(guò)12 h 時(shí),基因相對(duì)表達(dá)量會(huì)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這可能是由于TCEP可以影響大菱鲆的免疫系統(tǒng),而高質(zhì)量濃度的TCEP 會(huì)造成大菱鲆免疫器官的損傷,進(jìn)而影響免疫相關(guān)因子的基因表達(dá)。因此MHC-Ⅱ α 和TNF-ɑ可作為潛在的預(yù)警污染物的分子標(biāo)志物,可以為大菱鲆的健康養(yǎng)殖和環(huán)境污染物內(nèi)分泌干擾物TCEP 的檢測(cè)提供可參考的分子標(biāo)記參考。TCEP 的毒性和對(duì)大菱鲆免疫的影響是其生物學(xué)效應(yīng)的一部分,后續(xù)研究其對(duì)大菱鲆生殖方面的影響,將是其對(duì)大菱鲆繁殖影響的直接證據(jù)。

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