基于线虫Hsp响应的As毒理机制的体内与体外研究

【摘要】一些重金属在环境介质中不能被分解，在环境因子变化下或与其他物质联合胁迫会产生不同的毒性效应。砷(As)为元素周期表中VA族中的一种类金属元素，在自然界中分布广泛，是环境中最常见和最严重的致癌污染物之一。因其理化性质和环境行为与重金属有许多相似之处，故在环境化学和毒理学领域将其归入重金属研究范畴。不同的环境条件下As的毒理作用会随之变化。秀丽隐杆线虫(C.elegans)被广泛用做模式生物进行生命科学研究，并作为指示生物应用于生态监测。秀丽隐杆线虫成为生态毒理学首选的模式生物之一，主要进行污染物标准化毒性测试。分子生物标志物（molecularbiomarkers）可以直接反映外来理化因素与细胞靶分子的相关关系，作为分子伴侣的热休克蛋白因其在胁迫下的显著效应被广泛关注。本研究以C.elegans为活体模型，并通过细胞体外试验，探讨砷的毒理学机制。利用LC50、头摆行为、繁殖率等端点判定指标，研究了不同温度影响下As的毒性变化；揭示砷与一种典型农药草甘膦，及与一种典型重金属Cu的复合作用模式；基于线虫突变体和蛋白表达方法，探讨了Hsp90作为砷污染生物标志物的可行性及最优检测方法，探讨砷胁迫下线虫休眠（dauer)反应及hsp90响应特征。最后，通过As对不同细胞作用的体外试验，深入探究了砷的毒理学机制。研究结果表明在20℃正常培养温度下，As对N2成虫的LC50值为130.5mg/L。环境温度降低在一定程度上可增加线虫成虫抗As的能力，冷冲击与As对N2成虫的联合胁迫表现为拮抗效应，热极限温度通过削弱机体机能可大幅度协同增强重金属的毒性。强热与As对线虫的胁迫表现为协同增强作用。线虫头摆率与繁殖率随砷胁迫强度的增大而降低。草甘磷作对秀丽隐杆线虫的24hLC50为18.53mg/L，草甘磷对秀丽隐杆线虫表现出较强的生殖毒性。低浓度的砷与低浓度的草甘磷协同作用不显著，低浓度的砷与高浓度的草甘磷表现出极强的协同作用，草甘磷对较高浓度的砷毒性协同作用明显。与砷相比，低浓度的草甘膦对线虫行为的抑制作用较强。低浓度砷与草甘膦联合胁迫，对线虫头摆率表现出协同效应。而较高浓度的联合作用下，对线虫行为的协同作用不明显。低浓度胁迫强度下，砷与草甘膦的联合效应对线虫繁殖率表现为协同效应；高强度下二者对线虫繁殖率的联合效应表现为拮抗作用。与砷相比，铜对线虫繁殖率的影响较弱。作为典型重金属，砷与铜对线虫行为的毒性效应存在差异。砷与铜对线虫行为的抑制效应为协同作用。Cu浓度越低，与砷的这种协同作用越明显。低浓度胁迫下砷与铜联合作用下线虫繁殖率显著降低。高浓度胁迫下，铜与砷的联合作用对线虫繁殖率的影响表现为拮抗效应。环境温度变化会影响As对C.elegans的毒性。秀丽隐杆线虫进入休眠阶段增强了机体对砷的抗性，环境温度变化可影响其砷胁迫下的应激反应，进入休眠阶段的幼虫可作为环境温度变化下砷污染的指示生物。免疫印迹法和酶联免疫法均可以用于C.elegans的Hsp90表达水平半定量分析；但酶联免疫法的特异性优于免疫印迹。因此，与野外实际相符的污染强度下（一般为中低强度的污染），利用酶联免疫检测线虫蛋白标志物的精确度会好于免疫印迹法。此外，与免疫印迹法相比，酶联免疫法还具有操作简单、检测通量高及自动化等的特点，使其更适合环境污染物的高通量检测。砷胁迫下秀丽隐杆线虫Hsp90蛋白表达量有下调趋势，与休眠相关的基因daf-21在线虫对砷的应激耐受通路中具有负调控表现，应激蛋白Hsp90可作为高强度砷胁迫的生物标志物。体外毒性试验表明砷的细胞毒性与细胞种类有关，砷通过增加细胞中ROS(reactiveoxygenspecies)量而影响细胞功能。砷与细胞作用过程具有浓度和能量依赖性。结合活体试验（动物模型）与体外试验（细胞）进行砷毒理研究，对低浓度砷暴露的针对性防治，砷的生物毒性产生过程和致毒机理具有理论与应用意义。
【作者】李铸衡；
【导师】徐镜波；
【作者基本信息】东北师范大学，环境科学，2014，博士
【关键词】砷；秀丽隐杆线虫；生态毒理；热休克蛋白；联合毒性；

【参考文献】
[1]程志远.利用二次曲线对应确定刚体三维运动[D].西北工业大学,机械设计及理论,2004,硕士.
[2]杨仁明,王玉振.一类非线性时变时滞系统的稳定性分析与吸引域估计[J].自动化学报,2012,05:716-724.
[3]高文坚.高中政治学科研究性学习中问题意识的培养[D].福建师范大学,教育,2003,硕士.
[4]刘忠石.基于校正图像的交通事故现场元素测绘技术研究[D].吉林大学,交通环境与安全技术,2013,硕士.
[5]彭金柱.大型冷凝器清洗机器人的智能鲁棒控制方法研究[D].湖南大学,2008.
[6]杨泗斌.宁夏循环经济发展过程中税收政策支持研究[D].宁夏大学,马克思主义基本原理,2014,硕士.
[7]杨丽.爱默生自然美思想研究[D].湖南师范大学,美学,2013,硕士.
[8]陆绮雯.报业的数字化探索[D].复旦大学,新闻学,2012,硕士.
[9]王娟.大型园艺展会物流设施配置与组织方案研究[D].长安大学,载运工具运用工程,2013,硕士.
[10]王春梅.弱耗散记忆型发展方程的渐近性[D].西北师范大学,基础数学,2013,硕士.
[11]李军,申承民.单双层石墨烯的可控制备和结构表征[A].中国真空学会.中国真空学会2014学术年会论文摘要集[C].中国真空学会:,2014:1.
[12]钟北锐.江门中行跨境人民币业务发展战略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[13]侯利斌.运营数据存储系统的设计[D].内蒙古大学,计算机技术,2014,硕士.
[14]石月.新型IPMC纳米复合材料的制备及性能研究[D].北京化工大学,2014.
[15]尹云飞,钟智.一种聚类挖掘软件数据的方法[J].河南科技大学学报(自然科学版),2004,02:37-41.
[16]陈兰兰.汉代简牍中的私文书研究[D].吉林大学,历史文献学,2004,硕士.
[17]汪潘进.供应链环境下的木制品企业成品库存管理体系优化研究[D].武汉科技大学,管理科学与工程,2012,硕士.
[18]许培俊,丛培良,高昭,杜敏,王志鹏.超支化聚硼酸酯修饰氧化石墨烯对苯并噁嗪树脂的改性作用[J].化工新型材料,2014,02:90-92.
[19]陈媛媛.CdTe量子点修饰电极的鲁米诺电化学发光传感器研究[D].苏州大学,分析化学,2014,硕士.
[20]蒋奉君.石墨烯基电极材料的制备及其超电容性能研究[D].电子科技大学,2013.
[21]丁毅.马钢原料厂自动广播系统[J].冶金自动化,1995,02:54-55.
[22]王倩蓉.基于Logistic模型的我国房地产开发投资压力测试[D].东北大学,金融学,2010,硕士.
[23]任百志.XY地方铁路公司财务管控体系优化研究[D].西安科技大学,工商管理,2013,硕士.
[24]左志军.华源热力供暖公司实时数据采集传输管理系统设计与实现[D].东北大学,计算机系统结构,2010,硕士.
[25]陈武.湖南省隆回县金山里地区金矿成矿规律与找矿预测研究[D].中国地质大学（北京）,矿产普查与勘探,2013,硕士.
[26]顾蒙蒙.中学外语教学中母语文化缺失问题研究[D].南京师范大学,教师教育,2012,硕士.
[27]张樱子.RIP协议在GPON OLT上的实现[D].武汉邮电科学研究院,通信与信息系统,2012,硕士.
[28]于飞.齐鲁银行理财产品销售系统设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[29]密君英,李正茂.一种基于粗集和贝叶斯分类器的邮件病毒检测方法[J].福建电脑,2005,03:68-69.
[30]张建华,戴冠中.连续大系统的网络结构最优滤波器[J].自动化学报,1992,02:186-192.
[31]王文涵.抗COX-2人源单链抗体的原核表达、纯化及活性分析[D].吉林大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[32]张义茹.古希腊宗教研究的路径：述评和启示[D].鲁东大学,世界史,2013,硕士.
[33]侯秀武.新的非离子型微粒助留助滤体系及其机理的研究[D].南京林业大学,林产化学加工工程,2004,硕士.
[34]黄捷,彭宏,林嘉宜.一种与分布无关的线性分类算法[J].计算机工程与应用,2001,21:87-89.
[35]粘嘉文.中国外汇储备的规模和结构研究[D].华东师范大学,金融学,2012,硕士.
[36]李杨.抛掷爆破中的数据处理及三维效果展示的研究与实现[D].中国地质大学（北京）,计算机技术,2013,硕士.
[37]李彦云.《经济生活》课程教学反思研究[D].内蒙古师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[38]范世超.电容性设备故障诊断系统的研究[D].吉林大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[39]王金涛,景敏卿,谢友柏.船舶机电设备摩擦学信息系统的设计与实现[J].润滑与密封,2003,01:86-87.
[40]朱健.从报表性资产重组看中国证券市场的制度缺陷[D].中国社会科学院研究生院,国民经济学,2003,硕士.
[41]孙家萍.我国能源行业上市公司环境会计信息披露实证研究[D].中国地质大学（北京）,会计,2014,硕士.
[42]曹秀.一步法合成包埋生物酶的凝胶及其在偶氮染料废水脱色中的应用[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[43]简永兴,李仁东,王建波,陈家宽.鄱阳湖滩地水生植物多样性调查及滩地植被的遥感研究[J].植物生态学报,2001,05:581-587+641-642.
[44]杨小雨.中国和东盟经济一体化研究及政策选择[D].大连理工大学,企业管理,2004,硕士.
[45]张文博.基于GIS的地质灾害预报预警决策支持系统研究[D].江西农业大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[46]陈彦恒.企业库存定位盘点系统和质检数据采集系统的研究与设计[D].西南交通大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[47]任杰.5A06铝合金底座挤压成形工艺研究[D].中北大学,材料加工工程,2013,硕士.
[48]周小舟.绿色建筑人文理念下关中村镇民居居住形态研究[D].长安大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[49]谷慧.聚苯胺作为锂二次电池正极材料的研究[D].哈尔滨工业大学,化学工程,2014,硕士.
[50]仇志坤.转位蛋白(18KDa)配体化合物AC-5216及其衍生物YL-IPA08抗创伤后应激性障碍药效学及作用机制研究[D].南方医科大学,药理学,2014,博士.