基于秀麗隱桿線蟲的鎘、銅和砷暴露遺傳毒性評(píng)估及其作用機(jī)制.pdf

1、鎘、銅和砷是常見的環(huán)境污染物，其中鎘和砷是公認(rèn)的環(huán)境致癌物和致突變劑，國(guó)際癌癥研究所(IARC)把鎘和砷列為Ⅰ類環(huán)境致癌物；銅是人體必需的微量元素，但過(guò)多的銅的攝入也可導(dǎo)致各種疾病。這些物質(zhì)在自然和人為作用下，被釋放到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成很大影響，并威脅人類的健康。本文以模式生物秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)為研究對(duì)象，利用一系列與DNA損傷與修復(fù)、細(xì)胞凋亡和信號(hào)傳導(dǎo)突變材料，從致死效應(yīng)、生殖細(xì)胞周期停滯、細(xì)

2、胞凋亡及其損傷信號(hào)傳導(dǎo)途徑等方面，系統(tǒng)地研究了鎘、銅和砷遺傳毒性和作用機(jī)理，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于從活體水平上進(jìn)行鎘、銅和砷等環(huán)境污染物評(píng)價(jià)和防護(hù)具有重要意義。主要研究結(jié)果如下：
　　 ⑴線蟲ced-3(n717)和abl-1(ok171)突變體是敏感的鎘和銅暴露毒性評(píng)估材料。常用的秀麗隱桿線蟲毒性評(píng)價(jià)材料為N2野生型，為提高評(píng)價(jià)的敏感性，人們進(jìn)行了各種嘗試。本文利用線蟲DNA損傷修復(fù)基因缺陷品系hus-1(op241)，abl-1(ok

3、171)，cep-1(w40)和ced-3(n717)，通過(guò)48h LC50測(cè)定，研究了鎘和銅暴露對(duì)它們的致死效應(yīng)。hus-1基因突變?cè)黾恿司€蟲對(duì)鎘和銅的抵抗力，abl-1和ced-3基因突變，使線蟲對(duì)鎘的敏感性較野生型N2增加4.6倍和2.6倍，對(duì)銅的敏感性也有所增加，因此，線蟲突變體abl-1(ok171)和ced-3(n717)是較野生型N2敏感的重金屬毒性評(píng)價(jià)材料。
　　 ⑵生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡是鎘、銅遺傳毒性評(píng)價(jià)

4、的新的生物學(xué)終點(diǎn)。成體線蟲體細(xì)胞不易受環(huán)境因子的影響，但其生殖細(xì)胞可塑性強(qiáng)。本文利用N2野生型線蟲，研究了鎘、銅和砷對(duì)其生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡的影響。在常規(guī)的固體培養(yǎng)基NGM上，24h鎘和銅暴露均抑制了線蟲生殖細(xì)胞增殖，最低效應(yīng)濃度均為10μM，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，其最低效應(yīng)濃度分別為50μM和10μM，這表明，以線蟲生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡作為生物學(xué)終點(diǎn)，可提高對(duì)鎘和銅生物評(píng)價(jià)的敏感性。為檢驗(yàn)上述評(píng)價(jià)方法是否適應(yīng)于液體環(huán)境，將線蟲分

5、別于含鎘、銅和砷的K-medium中處理24h，發(fā)現(xiàn)在液體環(huán)境下，線蟲的生殖細(xì)胞對(duì)環(huán)境因子更加敏感，其最低的效應(yīng)濃度可降低至1μM。
　　 ⑶砷誘導(dǎo)線蟲生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡及其作用機(jī)制。線蟲對(duì)砷暴露非常不敏感，為尋求敏感的生物學(xué)終點(diǎn)，本文測(cè)定了砷對(duì)線蟲生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡的影響，發(fā)現(xiàn)1μM亞砷酸鈉處理線蟲24h，或以10μM處理線蟲6h，均可誘導(dǎo)線蟲生殖細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡，砷酸鈉處理具有類似的效果，但效應(yīng)劑量顯著

6、高于亞砷酸鈉。加入0.1％的DMSO，可使砷抑制的生殖細(xì)胞增殖恢復(fù)，并抑制砷誘導(dǎo)的生殖細(xì)胞凋亡，表明了ROS在砷暴露中的作用。利用CM-H2DCFDA活體染色發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉暴露可顯著誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，加入0.1％DMSO可淬滅砷誘導(dǎo)的ROS。
　　 ⑷Hus1，p53和MAPKs途徑在鎘和銅誘導(dǎo)的生殖細(xì)胞凋亡中的作用。以上的研究結(jié)果表明，秀麗隱桿線蟲可以作為活體動(dòng)物模型，研究鎘和銅誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡機(jī)制。本文利用與哺乳動(dòng)物細(xì)胞凋亡調(diào)

7、控有關(guān)的線蟲基因突變材料，研究了鎘和銅暴露的信號(hào)傳導(dǎo)途徑。結(jié)果顯示，鎘和銅誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡不依賴于細(xì)胞周期檢查點(diǎn)基因hus1和p53，但abl1基因突變可增強(qiáng)細(xì)胞凋亡，caspase-3基因?yàn)榧?xì)胞凋亡所必需，當(dāng)線蟲JNK和p38 MAPK信號(hào)傳導(dǎo)途徑的基因功能喪失時(shí)，鎘和銅均不能誘導(dǎo)線蟲生殖細(xì)胞凋亡。在活體動(dòng)物模型中，鎘和銅誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡依賴于ASK1/2-MKK7-JNK和ASK1/2-MKK3/6-p38 MAPK信號(hào)傳導(dǎo)途徑的協(xié)同作用

8、。
　　 ⑸鎘暴露誘導(dǎo)線蟲熱休克蛋白HSP-16.2和超氧化物歧化酶SOD-3的表達(dá)。利用攜帶HSP-16.2、SOD-3啟動(dòng)子的GFP轉(zhuǎn)基因線蟲品系，研究了鎘暴露對(duì)HSP-16.2、 SOD-3表達(dá)的影響，結(jié)果顯示，鎘暴露可使HSP-16.2、 SOD-3的表達(dá)顯著增加，其表達(dá)水平隨暴露劑量和暴露時(shí)間的增加而提高。對(duì)SOD-3的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Insulin/IGF信號(hào)傳導(dǎo)途徑的daf-2基因突變?cè)鰪?qiáng)了SOD-3的表達(dá)，而da