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客户文章 | 长期食物相硒代蛋氨酸暴露损伤斑马鱼大脑并影响神经递质及行为

分类:公司动态   发布时间 2021-09-26   阅读: 207


文章标题:Dietary SelenoLMethionine Causes Alterations in Neurotransmitters, Ultrastructure of the Brain, and Behaviors in Zebrafifish (Danio rerio)

发表期刊:Environmental Science & Technology

发表时间:2021年8月

影响因子:9.028

合作客户:华南师范大学

百趣提供服务:神经递质靶标检测

  

01 研究背景

(Se)是动物生长发育必需的微量元素,它的基础性和毒性阈值之间的差异范围非常小。过量硒的毒性机理主要有两点:1. Se-Met是主要的有机硒形态,进入生物体后可替代蛋白质中蛋氨酸,导致蛋白质的折叠错误,改变蛋白质的结构和功能,进而干扰生物体的正常生理功能;2. Se进入机体后的代谢活动会导致活性氧簇分子(ROS)的大量产生,最终引起蛋白质、DNA及脂肪等生物大分子结构的改变,造成鱼类氧化损伤。鱼类行为主要由中枢神经系统分泌的神经递质调控,对于鱼类的生存和种群稳定性至关重要。

本文通过对2月龄斑马鱼进行为期60天的饲喂实验,结合靶标代谢组学和行为学等方法,探讨环境相关浓度的食物相Se-Met长期暴露对斑马鱼神经系统及行为的影响。

  

02 研究结果

1.Se-Met在抗氧化生理上的影响 


相比于对照组(C),中(M:12.16 μg Se/g 干重)和高(H:34.61 μg Se/g 干重)浓度处理组斑马鱼脑组织中总硒累积量升高(图1A),ROS水平增加,抗氧化酶活性以及相关硒蛋白基因表达量降低(图1B-K),证明Se-Met导致斑马鱼脑组织抗氧化能力降低。


1.过量Se-Met累积导致斑马鱼大脑氧化损伤

2.Se-Met对神经元的影响 


为了解不同浓度Se-Met对斑马鱼神经元超微结构的影响,使用透射电子显微镜(TEM)进行观察,结果显示:相比于C组,Se-Met导致M和H处理组斑马鱼脑组织线粒体发生肿胀、嵴峭结构断裂,甚至膜破损,基质外溢(图2)。同时,线粒体呼吸链复合物I、II、IV和V的活性在各处理组均显著降低(图3)。此外,过量硒代蛋氨酸也导致脑组织内质网扩张。

 

2.斑马鱼神经元(2μm)超微结构图


3.斑马鱼脑组织中线粒体RCCs的活动

通过对斑马鱼脑组织进行神经递质靶标测定,并对筛选出来的41种神经递质及其代谢产物进行分析。结果显示,参与调控多巴胺能(DA)、5-羟色胺能(5-HT)、乙酰胆碱能(Ach)、γ-氨基丁酸能(GABA)和组胺能(HA)信号通路的21种神经递质及其代谢产物受到显著影响(图4)。此外,通过qPCR定量分析发现,参与DA通路调控基因th、dat、drd1、drd2b、drd4、bdnf,5-HT通路调控基因tph、htr1aa、htr2b、mao,GABA 通路调控基因gad1b、gad2以及HA通路调控基因hdc、hrh1的表达也受到了显著影响(图5)。


4.过量Se-Met导致斑马鱼脑组织中神经递质水平变化

 

5. 过量Se-Met导致斑马鱼脑组织中神经递质相关基因转录水平变化

 

3.Se-Met对鱼类行为的影响 

游泳试验显示C组斑马鱼在烧杯边缘游动频率最高 (6A)Se-Met处理组60s总游泳距离较C组短15~60%(7A)Y迷宫试验结果显示,MH处理组斑马鱼更倾向停留在Start(6B7B)。相比于C组,投喂MH组含硒饲料60天后,斑马鱼的自由游泳能力和空间认知能力受到显著影响。

6.斑马鱼鱼类行为活动轨迹

7.过量Se-Met导致斑马鱼神经行为的改变

03 结论

基于研究结果,本文对斑马鱼大脑和神经递质相关的不良结果途径(AOPs)进行了总结:Se导致的ROS的过量产生可视为分子起始途径(Molecular Initial Event, MIE),随后的脂质过氧化、粗面内质网扩张、线粒体损伤以及神经递质和相关基因的改变等为关键事件(Key Events, KEs),鱼类个体行为的改变为不良结果(图8)。Se-Met导致斑马鱼神经行为改变这一AOPs的建立可为评估各类环境污染物对鱼类的生态风险提供科学依据。


8.基于Se-Met对斑马鱼神经行为影响的AOPs预测

百趣生物为本研究提供了神经递质靶标检测分析服务,定性定量准,构建物质标准曲线,提供物质的绝对含量;技术成熟稳定、分辨率高、选择性好;团队经验丰富,有专业的研发和数据分析团队。

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