多组学联合分析之,蛋白组学和脂质组学联合揭示环境污染对大西洋鳕鱼的影响

海洋环境处于持续的污染压力下,除了石油和天然气等海上作业外,还有大量来自陆地污染源的污染物,包括工业农业活动以及污水排放。其中两类较为丰富的环境污染物主要包括多环芳烃(PAH)和全氟烷基物质(PFAS)。已在海洋生物,包括几种鱼类和海洋哺乳动物中,检测到PAHs和PFASs。将几种硬骨鱼暴露于PAHs和PFASs,发现有毒害影响,例如发育毒性、行为异常和生殖系统破坏。关于PAHs和PFASs结合时如何发挥毒性的研究还很少。

在环境毒理学中,生物标志物被用作化学暴露的敏感的早期预警信号。PAH暴露常见的生物标志物包括通过激活芳基烃受体(Ahr)诱导的细胞色素P450 1A(Cyp1a)、DNA加合物的形成和DNA片段化,以及胆汁中PAH代谢产物的积累。PFAS暴露的特定生物标志物尚不明确,评估肝脏组织中抗氧化酶活性、能量代谢和DNA稳态的变化可提供有关PFAS毒性的有价值的信息。因此,通过蛋白质组学和脂质组学等高通量方法有助于了解毒性机制并提供PFAS暴露的潜在生物标志物。

大西洋鳕鱼(Gadus morhua)在环境毒理学中被越来越多地用作模型生物。本研究的目的是研究暴露于PAHs和PFASs的环境相关混合物中的大西洋鳕鱼的生物学反应。研究中的低剂量混合物基于野生大西洋鳕鱼肝脏中报告的PAHs和PFASs浓度,高剂量混合物为低剂量浓度的二十倍(20x)。为了确认暴露,在鳕鱼肝中测量了累积的PFAS,而在胆汁中测量了PAH代谢产物。对肝脏样品进行蛋白质组学分析以研究肝蛋白质组的变化,并对肝脏微粒体组分进行脂质组学分析以研究脂质代谢的变化。此外,还评估了白细胞中的生物学反应,例如DNA片段化、氧化应激和内分泌破坏。

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杂志:Aquatic Toxicology
影响因子:4.344
发表时间:August 2020
文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166445X20303404

摘要

本研究的目的是研究多环芳烃(PAHs)和全氟烷基物质(PFASs)的确定混合物在与环境相关的低剂量(1×= L)或高剂量(20×= H)下,对大西洋鳕鱼(Gadus morhua)的生物学反应的影响。为此,进行了为期两周的体外实验,在第0天和第7天通过腹膜内注射使养殖的幼体鳕鱼暴露。总共有10组鱼样本(n = 21-22):两个对照组,四个单独的PAH和PFAS混合物(L,H)暴露组,以及四个PAH和PFAS混合(L / L,H/ L,L / H,H / H)组。身体负担分析证实了鳕鱼肝中PFASs和胆汁中PAH代谢产物的剂量依赖性积累。对于三个PAH / PFAS联合暴露组(L-PAH / H-PFAS,H-PAH / L-PFAS,H-PAH / H-PFAS),肝体指数(HSI)显著降低。对肝蛋白质组的分析表明,与脂质降解相关的途径受PFAS暴露的影响很大,包括脂肪酸降解途径中的酶上调,例如脂肪酸β-氧化。在H-PFAS暴露组中,脂质分解代谢途径中酶的丰度增加与三酰基甘油(TGs)含量的降低平行,表明在大西洋鳕鱼中PFAS增加了脂质分解代谢。PFAS暴露也诱导了氧化应激的标志物,包括过氧化氢酶和谷胱甘肽S-转移酶活性。仅发现暴露组与对照组之间cyp1a和acox1基因表达、血浆中卵黄原蛋白浓度、Cyp1a蛋白合成和DNA片段化的微小差异和非显著差异。总之,研究者结合蛋白质组学和脂质组学分析表明,PFAS可能会破坏大西洋鳕鱼的脂质稳态。

主要结果

富尔顿条件因子(CF)和肝体指数(HSI)是显示生长性能的参数,研究比较对照组和暴露组的CF时,没有发现显著差异;然而,与对照组相比,L-PAH / H-PFAS,H-PAH / L-PFAS和H-PAH / H-PFAS组的HIS显著降低(p <0.05)。研究肝蛋白质组学时,对于PFAS组,在对照组和暴露组(L-PFAS和H-PFAS,p = 0.005,q值<0.125)之间的比较中,前111种差异表达的蛋白质被用于分层聚类,L-PFAS和H-PFAS组的许多蛋白质显示出相似的表达特征,这表明数据中存在剂量反应趋势。对前111种差异表达(p = 0.005,q值<0.125)蛋白质中的76种进行了通路和网络分析,发现显著富集的途径主要与能量代谢有关,特别是过氧化物酶体和线粒体脂质分解代谢途径,还与氨基酸代谢途径和过程有关。基因富集分析确定了一个显着富集的途径,FATTY_ACID_METABOLISM,该途径包含脂肪酸降解途径(例如脂肪酸β-氧化)中几种酶的上调。肝脏微粒体组分脂质组学分析,鉴定得到130种分属于9个不同脂质亚家族的脂类。当将不同暴露组的肝脏中的脂质谱与对照组进行比较时(图S8),只有H-PFAS组的脂质组与对照组有显著差异,生成的42个VIP > 1显示一些TG相对减少,一些磷脂随之增加。研究还发现单独暴露于PAH不会影响Cat和Gst的活性,而L-PFAS组会导致两种酶的活性显著(p <0.05)诱导。对于cyp1a和acox1基因表达、血浆中卵黄原蛋白浓度、Cyp1a蛋白合成和DNA片段化这几种生物标志物,没有观察到或只有很少的影响。

暴露于PAHs和PFASs的大西洋鳕鱼的生长性能

暴露于PAHs和PFASs的大西洋鳕鱼的生长性能

暴露于L-PFAS和H-PFAS与对照的鳕鱼肝脏中差异最大的蛋白质的双向分层聚类

暴露于L-PFAS和H-PFAS与对照的鳕鱼肝脏中差异最大的蛋白质的双向分层聚类

L-PFAS和H-PFAS组鳕鱼肝脏中差异表达的76种蛋白质的STRING相互作用网络

L-PFAS和H-PFAS组鳕鱼肝脏中差异表达的76种蛋白质的STRING相互作用网络

暴露于PAHs和PFASs的大西洋鳕鱼肝脏中的Gst和Cat活性

暴露于PAHs和PFASs的大西洋鳕鱼肝脏中的Gst和Cat活性

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