利用斑马鱼模型评价生殖毒性

【评价原理】

斑马鱼成鱼体长5 cm左右,其胚胎透明,在受精72 h后完成孵化,并在孵出后3个月内性成熟。成年斑马鱼的繁殖周期短(一般7 d左右),若条件适宜,成年雌性斑马鱼可定期产卵(每次200~300个)。在斑马鱼的早期胚胎及幼体的发育过程中,尚无性别分化,原始性腺都是相同的且具有双向发育的潜能,易受环境(温度、光照、pH值等)因素的影响而改变其遗传性别。

对于雌性斑马鱼而言,产卵量是评价其繁殖力的常用生物指标,它与鱼类繁殖过程中的多个环节(卵子发育、雌雄交配行为、性激素刺激等)相关,并对环境化学物质具有高敏感性,能直接反应鱼类繁殖力变化。环境化学物质除了直接对亲代斑马鱼的生殖系统造成损害,还可能对其子代的正常生长发育。

卵黄蛋白原在斑马鱼雌鱼成熟过程中发挥重要作用,成熟雌鱼在体内17β-雌二醇的刺激下,由肝脏合成的VTG经过血液到达卵巢并加工成卵黄蛋白,促进性腺发育。幼鱼和雄鱼在正常情况下不合成VTG,但在受到雌激素和类雌激素刺激时能合成VTG,导致鱼体内VTG浓度升高,出现雌性体征。

鱼类的性腺发育和繁殖行为受到下丘脑-垂体-性腺轴(HPG 轴)的调控。下丘脑分泌促性腺激素释放激素(GnRH),其作用于脑垂体,刺激其分泌促黄体生成素(LH)和促卵泡素(FSH),这两种激素通过血液循环与相应的受体结合后作用于性腺,刺激性腺产生睾酮(T)、17β-雌二醇(E2)和 11-酮基睾酮(11-KT) 等类固醇激素,进而促进精子和卵子的发育和成熟。

【实验方案】

我们将受测试斑马鱼分成两组,进行21天的暴露实验,分别是正常对照组和服用供试品组(供试品通过溶解到养鱼用水中或灌胃的方式摄入到斑马鱼体内)。

服用一段时间供试品后,观察每次的产卵量、受精率及孵化率;对受精卵进行子一代发育毒性与致畸性评价。在实验终点取斑马鱼的组织,检测卵黄蛋白原(VTG)含量及相关基因表达,并对性腺进行病理组织学检查,指标主要包括:睾丸卵母细胞、睾丸间质细胞增生、卵黄形成减少、精原细胞和滤泡增生;其他性腺损伤包括:卵母细胞闭锁、睾丸变性和分期改变。

【结果展示】

图1. 供试品对斑马鱼体内卵黄蛋白原(VTG)的影响

可以看到,供试品组VTG有下降趋势,但与正常对照组比较没有显著性差异。

 

图2. 斑马鱼发育毒性与致畸性表型图

可以看到,供试品组斑马鱼诱发眼睛变小,下颌异常,心血管毒性等。

 

图3. 斑马鱼性腺病理切片

可以看到,供试品组斑马鱼精巢精子量变少,卵巢中卵母细胞体积变小、数量减少 。

图4. 供试品对斑马鱼基因表达的影响

可以看到,供试品组FSHβ、LHβ基因相较于正常对照组显著表达。

【评价结论】

1.经过各组斑马鱼的对比实验,摄入供试品组的斑马鱼体内VTG有下降趋势,子一代斑马鱼有致畸性,性腺病理切片有不同程度的异常,与性腺发育和繁殖行为相关基因的上调。

2.本实验证实了该供试品对斑马鱼有生殖毒性。