文章標(biāo)題：Barrier function of zebrafish embryonic chorions against microplastics and nanoplastics and its impact on embryo development
發(fā)表期刊：Journal of Hazardous Materials
發(fā)表時(shí)間：2020.8
影響因子：10.588
合作客戶：天津理工
百趣生物提供服務(wù)：GC-TOF-MS代謝組學(xué)檢測(cè)

研究背景
微米塑料顆粒 (MPs) 和納米塑料顆粒 (NPs) 在水環(huán)境中無(wú)處不在，水生生物可以攝入MPs和NPs。據(jù)報(bào)道，在魚(yú)類的消化道、皮膚和鰓中檢測(cè)到MPs，而較小的NP可能會(huì)進(jìn)入生物細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)MPs和NPs對(duì)水生生物器官有依賴性毒性作用。

然而，現(xiàn)有研究主要研究孵化后的個(gè)體，對(duì)MPs和NPs對(duì)胚胎發(fā)育的影響知之甚少。胚胎階段對(duì)水生動(dòng)物的發(fā)育至關(guān)重要，胚胎絨毛膜是抵御外源污染物的有效屏障。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果
為了探索胚胎絨毛膜對(duì)MPs和NPs的屏障功能，并了解對(duì)水生生物胚胎發(fā)育的相關(guān)影響，本研究將斑馬魚(yú)胚胎暴露于微米和納米PS顆粒，基于代謝組學(xué)代謝途徑分析研究了PS顆粒在斑馬魚(yú)胚胎和幼魚(yú)上的分布、對(duì)胚胎發(fā)育的毒性作用以及生物學(xué)機(jī)制。

1、斑馬魚(yú)胚胎絨毛膜對(duì)n-PS 顆粒的屏障功能
代謝組學(xué)研究表明，當(dāng)斑馬魚(yú)胚胎暴露于熒光n-PS時(shí)，顆粒很快在10hpf的胚胎絨毛膜表面積累（圖 1A）。在32hpf時(shí)，更多的n-PS吸附在絨毛膜上，幾乎覆蓋了胚胎絨毛膜的整個(gè)表面（圖 1B）。此外，在胚胎內(nèi)部沒(méi)有檢測(cè)到熒光信號(hào)（圖1C）。正如預(yù)期的那樣，μ-PS也可以被胚胎絨毛膜阻斷，并且在每個(gè)斑馬魚(yú)胚胎的卵周液中沒(méi)有檢測(cè)到μ-PS。
 

圖1.  (A) 10 hpf、(B) 32 hpf  和 (C) 48 hpf 時(shí)胚胎絨毛膜中熒光 n‑PS 的分布

2、斑馬魚(yú)幼魚(yú)孵化后n-PS的生物積累
胚胎孵化后，熒光n-PS顆粒在斑馬魚(yú)幼魚(yú)的大腦、鰓、血液、肝臟和消化道（圖 2）。在72hpf時(shí)，n-PS通過(guò)口腔和鰓吸收被吸收，進(jìn)一步進(jìn)入血液循環(huán)，在96 hpf（圖 2C）和120hpf時(shí)逐漸積聚在肝臟和消化道中（圖 2D）。相比之下，未觀察到幼魚(yú)攝入μ-PS。

圖2.  不同時(shí)段熒光n-PS在幼魚(yú)體內(nèi)的生物積累

3、n‑PS和μ‑PS對(duì)胚胎絨毛膜結(jié)構(gòu)的影響
暴露于n-PS和μ-PS的胚胎絨毛膜結(jié)構(gòu)通過(guò)使用SEM進(jìn)一步觀察表征。在空白對(duì)照處理中，胚胎絨毛膜表面光滑透明（圖3A），而在μ-PS處理中觀察到μ-PS粘附到絨毛膜表面，這些顆粒傾向于凝結(jié)成更大的顆粒（圖3B）并覆蓋部分胚胎絨毛膜。相比之下，n-PS可以有效地形成均勻致密的PS涂層（圖3C）。
 

圖3. 斑馬魚(yú)胚胎絨毛膜在60hpf 的形態(tài)照片 (AC) 和 SEM特征(DI)

4、n‑PS和μ‑PS的胚胎發(fā)育毒性
盡管n‑PS暴露對(duì)胚胎死亡幾乎沒(méi)有影響，但在n‑PS暴露處理中發(fā)現(xiàn)了顯著的胚胎發(fā)育毒性，觀察到n‑PS誘導(dǎo)的胚胎黑色素減少，與空白對(duì)照相比，n‑PS暴露處理中斑馬魚(yú)胚胎的心率在24hpf 時(shí)顯著加快了18.48%（圖4B）。在72hpf時(shí)，在  n‑PS暴露處理中胚胎孵化被極大地抑制了12.5%，并且抑制率大約是在μ‑PS暴露處理中觀察到的三倍（圖4C）。

圖4. μ‑PS 和n‑PS對(duì)斑馬魚(yú)胚胎發(fā)育的毒性作用
 

5、胚胎中n‑PS和μ‑PS暴露誘導(dǎo)的代謝組學(xué)改變

1通過(guò)GC-TOF-MS代謝組學(xué)技術(shù)研究μ‑PS和n‑PS暴露處理中斑馬魚(yú)胚胎代謝組學(xué)譜的變化，共篩選出508種差異表達(dá)的代謝物。PCA結(jié)果表明，暴露于μ-PS 和n-PS的組與空白對(duì)照具有明顯差異。通過(guò)差異代謝物的代謝通路途徑分析，通路氣泡圖顯示相對(duì)于空白對(duì)照，μ-PS 、n-PS暴露干擾的主要途徑是不飽和脂肪酸的生物合成和亞油酸代謝，而牛磺酸和亞�；撬岽�謝和煙酸鹽和煙酰胺代謝僅在n-PS發(fā)生顯著變化（圖5B）。此外，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代謝受到n-PS暴露的干擾，但不受μ-PS暴露的干擾。
 

圖5.  μ‑PS和 n‑PS 處理的斑馬魚(yú)胚胎代謝譜分析

研究結(jié)論
斑馬魚(yú)胚胎的絨毛膜可有效阻斷直徑為100nm的NPs。n-PS和μ-PS在絨毛膜外表面的吸附改變了絨毛膜的力學(xué)性能，并可能導(dǎo)致胚胎中的微環(huán)境缺氧。斑馬魚(yú)胚胎不同的心率、血流速度和孵化率表明胚胎中n-PS和μ-PS暴露誘導(dǎo)的發(fā)育毒性。斑馬魚(yú)的代謝組學(xué)結(jié)果表明，它與胚胎抗氧化系統(tǒng)的變化有關(guān)。

文/阿趣代謝組學(xué)