IF=12.2 | 中國藥科大學(xué)儲衛華團隊在領(lǐng)域內發(fā)布重要研究成果

全氟烷基物質(zhì)和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）與多種健康問(wèn)題相關(guān)，包括癌癥和免疫系統影響，且在淡水魚(yú)中的生物累積現象尤為嚴重，PFAS在淡水魚(yú)中的積累不僅影響?hù)~(yú)類(lèi)的健康，還可能通過(guò)食物鏈影響其他動(dòng)物和人類(lèi)。

8月22日，中國藥科大學(xué)儲衛華團隊以淡水水生動(dòng)物鯽魚(yú)為模型對全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的神經(jīng)毒性和菌群紊亂開(kāi)展了深入研究，研究成果以題為“Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)”發(fā)表在Journal of Hazardous Materials上。

該研究以淡水水生動(dòng)物鯽魚(yú)為模型對全氟和多氟烷基物質(zhì)（PFAS）的神經(jīng)毒性和菌群紊亂進(jìn)行研究，發(fā)現PFAS 可能會(huì )破壞腸道微生物群的穩定性，從而造成不同程度的組織損傷，證明了PFAS對鯽魚(yú)有神經(jīng)毒性，并導致菌群紊亂。研究成果為評估全氟和多氟烷基污染物在水生環(huán)境濃度下的毒性提供了啟示。

中文標題：全氟和多氟烷基物質(zhì)誘導鯽魚(yú)的神經(jīng)毒性和腸道菌群失調

英文標題：Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and?polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)

合作單位：中國藥科大學(xué)

發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials

影響因子：?12.2

研究對象：鯽魚(yú)

研究方法：二代微生物多樣性、QPCR檢測

百邁客生物為該研究提供了微生物多樣性測序及部分數據分析服務(wù)。

研究背景

水污染和PFAS殘留已成為全球性的環(huán)境問(wèn)題。暴露于PFAS已被證明會(huì )引起毒性作用。然而，在大多數研究中，PFAS暴露濃度很高，導致研究結果低估了實(shí)際環(huán)境濃度下的毒性作用。魚(yú)是脊椎動(dòng)物中最大、種類(lèi)最多的一類(lèi)。魚(yú)類(lèi)作為胚胎學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)和環(huán)境生物學(xué)研究的實(shí)驗模型越來(lái)越有用。鯽魚(yú)(Carassius auratus)因其口感鮮美、營(yíng)養價(jià)值高而成為人們喜愛(ài)的淡水魚(yú)，由于適應性強，鯽魚(yú)養殖地區多，分布廣泛，2020年占淡水養殖魚(yú)類(lèi)總產(chǎn)量的8.90%。因此，研究鯽魚(yú)對不同污染物的應激反應具有重要意義。該研究主要研究了PFAS對鯽魚(yú)神經(jīng)系統和腸道菌群的毒性，腦和腸道組織病理學(xué)變化表明，PFAS加重了對鯉魚(yú)腦和腸道組織病理學(xué)的影響。

材料與方法

材料：

處理條件：對照組(Con)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)、十一氟己酸(PFHxA)組指標檢測：過(guò)氧化氫酶(CAT)、總超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、丙二醛(MDA)、乙酰膽堿酯酶(AChE)

方法：二代微生物多樣性、QPCR檢測

研究結果

1.行為模式及指標檢測分析

研究了三種PFAS對鯽魚(yú)行為模式的影響。與對照組相比，PFOA和PFHxA組鯽魚(yú)的靜息行為數量顯著(zhù)減少。PFOA組和PFOS組的上學(xué)行為數量也顯著(zhù)減少，但表面行為和追逐行為的數量在組間無(wú)顯著(zhù)差異。結果表明，PFAS暴露導致鯽魚(yú)舒適行為降低，但攻擊行為無(wú)明顯變化。

研究了腦組織中抗氧化和氧化應激生物標志物的變化，發(fā)現PFOA處理的魚(yú)腦組織中T-SOD活性明顯受到抑制(圖1A)。與Con組相比，PFOS組CAT活性顯著(zhù)降低(圖1B)， PFHxA和PFOS組GSH-Px活性顯著(zhù)降低(圖1C)。此外，與Con組相比，PFOA組和PFOS組的MDA水平顯著(zhù)升高(圖1D)。結果表明，PFAS降低了魚(yú)腦的抗氧化能力，造成了氧化損傷。

研究了PFAS對鯽魚(yú)腦組織乙酰膽堿酯酶和神經(jīng)遞質(zhì)活性的影響。與Con組相比，PFOA和PFOS組腦內乙酰膽堿酯酶活性顯著(zhù)降低。此外，PFOA、PFHxA和PFOS組多巴胺(DA)水平顯著(zhù)降低(圖2B)。然而，去甲腎上腺素(NE)水平在實(shí)驗魚(yú)組之間沒(méi)有顯著(zhù)變化(圖2C)。這些結果表明，PFAS暴露抑制了魚(yú)腦中的AChE和神經(jīng)遞質(zhì)水平，并影響了整體腦功能。

2.組織病理學(xué)染色分析

組織病理學(xué)染色分析各暴露組腦、腸基本變化。Con組腦組織組織結構正常，包括正常的浦肯野細胞層和分子層(圖3A)。pfas治療組神經(jīng)周?chē)黠@空泡化。此外，PFHxA和PFOS組可見(jiàn)廣泛的多灶性脫鞘(圖3B和C)。在PFOA組，充血血管壁透明化，靠近收縮的神經(jīng)元，神經(jīng)周?chē)纬煽张?圖3D)。Con組鯽魚(yú)腸黏膜形態(tài)結構完整，腸黏膜上皮細胞細胞核排列緊密整齊，無(wú)損傷跡象(圖4A)。在每個(gè)pfas處理組中，絨毛膜絨毛的長(cháng)度顯著(zhù)減少，并與一定程度的損傷有關(guān)。PFHxA和PFOS組觀(guān)察到上皮粘膜破裂(圖4B和C)， PFHxA和PFOA組腸絨毛萎縮、空泡化、細胞核紊亂(圖4B和D)。H&E染色結果表明，PFAS暴露對鯽魚(yú)腸道和腦組織造成損傷。

3.應激相關(guān)基因和促炎細胞因子表達分析

PFOS組與Con組相比，應激相關(guān)基因caspase-3的表達顯著(zhù)升高(圖5A)。同樣，在PFHxA組中，HSP-70的表達顯著(zhù)增加(圖5B)。此外，促炎細胞因子INF-γ在PFOA和PFHxA組中的表達水平顯著(zhù)升高(圖5D)，而TNF-α的表達在兩組間無(wú)顯著(zhù)差異(圖5C)。

4.腸道菌群分析

與Con組相比，PFHxA和PFOS組細菌群落的Simpson和Shannon指數明顯高于Con組(圖6A和B)，表明細菌物種多樣性有所增加?；贠TU的venn圖分析（圖6C），四組之間重疊OTUs數量相對較少(不超過(guò)100個(gè))，各組特有的OTUs相對較多(均超過(guò)300個(gè))。圖6D清楚地顯示了Con組與其他三組在微生物群方面的顯著(zhù)差異，表明PFAS暴露引起了鯽魚(yú)腸道微生物群組成的變化。

在門(mén)水平上，與Con組相比，PFHxA、PFOS和PFOA組梭桿菌門(mén)的豐度減少，而變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、Verrucomicrobiota和放線(xiàn)菌門(mén)的豐度增加(圖7A)。在屬水平上，與Con組相比，PFHxA、PFOA和PFOA組中Cetobacterium的豐度降低，Bacteroides、unclassified_Erysipelotrichaceae和Gemmobacter的豐度增加(圖7B)。采用基于不同處理的LEfSe進(jìn)行線(xiàn)性判別分析(LDA)，確定Con組與各PFAS處理組間的種數有統計學(xué)差異。如圖7C所示，PFHxA組Verrucomicrobiaceae、Legionellaceae和Legionella豐度顯著(zhù)增加，PFOS組Cellvibrio豐度顯著(zhù)增加，PFOA組Enterobacteriaceae和Deefgea豐度顯著(zhù)增加。這些結果表明，PFAS暴露改變了鯽魚(yú)腸道菌群組成，增加了潛在致病菌的數量。

根據PICRUSt2，根據特征序列預測整個(gè)群落的通路變化，并進(jìn)行功能基因差異分析。與Con組相比，所有三個(gè)PFAS治療組都顯著(zhù)改善了人類(lèi)疾病中涉及的細胞過(guò)程和信號通路(圖8A)。利用BugBase對表型分類(lèi)進(jìn)行預測。與Con組相比，每個(gè)PFAS治療組顯著(zhù)增加了微生物群的潛在致病性(圖8B)。在屬水平上，與Con組相比，各PFAS處理組增加了Luteolibacter的相對豐度，PFOS和PFHxA組增加了Rhodobacter和Legionella的相對豐度，PFOS組增加了decchloromonas和Aeromonas的相對豐度(圖8C)。這些結果表明，PFAS可能導致鯽魚(yú)腸道菌群的潛在致病性增加。

研究總結

該實(shí)驗主要研究了PFAS對鯽魚(yú)神經(jīng)系統和腸道菌群的毒性。研究結果表明，環(huán)境相關(guān)濃度的PFAS可以引起鯽魚(yú)腸道微生物群的破壞，并進(jìn)一步引起大腦神經(jīng)化學(xué)和行為模式的變化。這些變化可能與大腦的氧化損傷以及應激和炎癥相關(guān)基因的表達有關(guān)。這些結果為評估PFAS污染物在水生環(huán)境濃度下的毒性提供了見(jiàn)解。