核受体功能的紊乱会加剧2,4-二氯酚(2,4-Dichlorophenol)引起的发育毒性:来自网络毒理学和斑马鱼实验的证据

《Environmental Research》:Nuclear receptor disruption contributes to 2,4-Dichlorophenol-induced developmental toxicity: Evidence from network toxicology and zebrafish analysis

【字体: 时间:2026年05月10日 来源:Environmental Research 7.7

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  拉斐尔·泽维尔·马丁斯(Rafael Xavier Martins)| 罗梅里奥·德·奥利维拉·利马·菲略(Romério de Oliveira Lima Filho)| 克莱顿·德·索萨·戈麦斯(Cleyton de Sousa Gomes)| 马塞乌斯·卡尔瓦略(Mathe

  
拉斐尔·泽维尔·马丁斯(Rafael Xavier Martins)| 罗梅里奥·德·奥利维拉·利马·菲略(Romério de Oliveira Lima Filho)| 克莱顿·德·索萨·戈麦斯(Cleyton de Sousa Gomes)| 马塞乌斯·卡尔瓦略(Matheus Carvalho)| 玛丽亚·爱德华达·德·索萨·马亚(Maria Eduarda de Souza Maia)| 比安卡·马塔里布(Bianca Mataribu)| 卡塔琳娜·塞朗(Catarina Serr?o)| 马科斯·维尼修斯·波尔图·梅德耶罗斯(Marcos Vinicius Porto Medeiros)| 米莱娜·佩雷拉·阿鲁达(Milena Pereira Arruda)| 安娜·朱莉娅·安东内斯·德·马加良伊斯(Ana Julia Antunes de Magalh?es)| 朱莉安娜·阿尔维斯·达·科斯塔·里贝罗·索扎(Juliana Alves da Costa Ribeiro Souza)| 泰伊斯·费托萨·吉马良伊斯(Thaís Feitosa Guimar?es)| 路易斯·费尔南多·马凯斯-桑托斯(Luis Fernando Marques-Santos)| 安娜·卡罗莱娜·卢奇亚里(Ana Carolina Luchiari)| 西尔维娅·雷吉娜·巴蒂斯塔祖佐·德·梅德耶罗斯(Sílvia Regina Batistuzzo de Medeiros)| 泰雷齐尼亚·索萨(Terezinha Souza)| 达维·法里亚斯(Davi Farias)

摘要

2,4-二氯酚(2,4-DCP)是一种环境污染物,与斑马鱼(Danio rerio)胚胎和幼体的发育毒性有关,但其背后的机制仍不完全清楚。本研究通过综合形态学、生物化学、计算和分子分析方法探讨了2,4-DCP引起的毒性。急性暴露(2.5–20 mg/L)的半数致死浓度(LC50)为13.94 mg/L。中等浓度(10–15 mg/L)会导致严重的畸形,包括卵黄囊滞留、心包和卵黄囊水肿以及颅面、脊柱和尾部畸形。相比之下,较低浓度(2.5–5 mg/L)会引起轻微的形态变化,并干扰防御性抗氧化系统(CAT、GST、GPx、MDA)、神经传递(AChE)和代谢活动(LDH)。网络毒理学、基因本体论和通路分析确定核受体(NCOA1、RXRA、PPARG、ESR1)是2,4-DCP毒性的关键介质,影响能量代谢、骨骼发育、抗氧化反应和神经传递。分子对接实验证实了2,4-DCP与这些靶标之间的稳定相互作用,而基因表达分析揭示了PPAR(pparapparbpparg)和雌激素(esr1)信号通路的紊乱。这些发现强调了核受体信号传导在2,4-DCP诱导的发育毒性中的关键作用,为未来的环境风险评估提供了依据。

引言

氯酚及其衍生物在农业和工业领域被广泛应用,因此作为环境污染物广泛存在于水、土壤和空气中(Igbinosa et al., 2013; Dai et al., 2021)。典型的例子包括2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D,一种全球使用的除草剂)和三氯生(TCS,一种常用于个人护理产品的抗菌剂)(Zhang et al., 2018; Magnoli et al., 2020; Martins et al., 2025)。
氯酚在环境中释放后,会通过生物(如细菌和/或真菌代谢)和非生物(如光解、热分解)过程降解,生成与其母体化合物具有不同理化和毒理特性的代谢物(Canosa et al., 2005; Magnoli et al., 2020)。
其中,2,4-二氯酚(2,4-DCP)被认为是水生生态系统中含量最丰富的氯酚之一,可来源于2,4-D和三氯生的降解(Ma et al., 2012; Park & Kim, 2018; Hu et al., 2022)。由于其毒性和持久性,2,4-DCP被中国和美国的监管机构列为优先污染物(USEPA, 1979; Liu et al., 2018; Magnoli et al., 2020; Zhang et al., 2020)。
2,4-DCP的环境问题在于其对非目标生物的毒性作用。在斑马鱼(Danio rerio)胚胎和幼体中,暴露于2,4-DCP会导致发育毒性(Zhang et al., 2018; Dai et al., 2021; Tsukazawa et al., 2022)。Tsukazawa等人(2022)表明,2,4-DCP会导致斑马鱼胚胎畸形,同时引发氧化应激、脂质积累以及pparαacogpx等关键基因的表达减少。此外,Zhang等人(2018)报告称2,4-DCP会增加胚胎死亡率并延迟孵化。Hu等人(2022)还发现2,4-DCP具有内分泌干扰作用,会干扰斑马鱼幼体的雌性化过程,增加原始生殖细胞(PGCs)的数量。
尽管研究活动不断增加,但在斑马鱼中对2,4-DCP毒性的认识仍有许多不足之处,特别是形态学、生物化学和分子反应的综合研究。例如,早期发育阶段的畸形需要进一步详细研究,因为这些变化可能揭示受损的生物系统(Von Hellfeld et al., 2020; Juan-Garcia et al., 2020; De Oliveira et al., 2023)。例如,卵黄囊吸收障碍和乳酸脱氢酶(LDH)活性改变表明代谢紊乱(Miyares et al., 2014; Yang et al., 2017; Martins et al., 2021),而自发尾动能力和乙酰胆碱酯酶活性的变化则提示神经毒性及神经传递受损(Ton et al., 2006; Gonzáles-Fraga et al., 2019; Gaaied et al., 2020)。此外,活性氧(ROS)水平和抗氧化系统的变化有助于了解氧化还原平衡(Tsukazawa et al., 2022)。
因此,详细研究2,4-DCP引起的畸形及其相关的生物化学变化对于深入理解其发育毒性至关重要。本研究旨在解决这些问题,因为以往的研究并未专门针对这些方面(Zhang et al., 2018; Tsukazawa et al., 2022; Hu et al., 2022)。
此外,尽管已有研究报道了2,4-DCP在斑马鱼中的多种毒性效应,但具体的分子靶标和通路仍不完全清楚,需要进一步研究。在这方面,网络毒理学和分子对接为阐明这些机制提供了有价值的工具(Souza et al., 2023; Huang, 2023)。网络毒理学整合了多种数据源,构建化学物质与其生物靶标之间的相互作用网络,从而系统地探讨多靶点分子机制(Huang, 2023)。分子对接通过预测化合物与靶蛋白的结合亲和力,提供了关于它们相互作用的详细信息(Souza et al., 2023; Huang, 2023; Martins et al., 2025)。此外, identified的通路和靶标可以通过in vivo实验(包括RT-qPCR分析)进一步验证。
因此,本研究还旨在利用网络毒理学、分子对接和基因表达分析来识别潜在的分子靶标和通路。这种综合方法有助于将生物体层面的效应与分子机制联系起来,从而更全面地理解2,4-DCP引起的发育毒性。

部分摘要

化学品

2,4-二氯酚(2,4-DCP,CAS 120-83-2,Sigma-105953)购自Sigma-Aldrich公司(美国密苏里州圣路易斯),纯度为99%。每次实验中,2,4-DCP被溶解在E3胚胎培养基中,配制成100 mg/L的储备液,然后稀释至所需的浓度(2.5、5、10、15和20 mg/L)。由于2,4-DCP的高水溶性,E3培养基被用作阴性对照和溶剂。研究中使用的其他所有试剂

急性毒性测定

在144小时的暴露时间内,评估了2,4-DCP对斑马鱼胚胎和幼体的发育毒性,浓度范围从0(对照组)到20 mg/L。存活率随浓度和时间呈下降趋势,在20 mg/L和15 mg/L时死亡率最高(图1A)。观察到了关键的致死指标,包括卵凝固、心跳停止和凝固延迟,144小时的半数致死浓度(LC50)计算为13.94 mg/L,置信度为95%

讨论

我们的结果显示,2,4-DCP会导致斑马鱼胚胎的发育毒性,表现为死亡、形态缺陷、生物化学和分子变化。虽然这种方法可能因排除最敏感个体而存在生态毒理学上的局限性,但我们的研究重点是机制分析。包括已经处于毒性晚期的幼体会引入额外的

结论

本研究表明,2,4-DCP会导致斑马鱼的发育毒性,表现为死亡率增加、形态异常以及生物化学和分子变化。通过网络毒理学和分子对接分析,我们确定核受体(NCOA1、NCOA2、RXRA、PPARG和ESR1)是2,4-DCP毒性的关键介质。
基因表达结果进一步证实了核受体的参与

CRediT作者贡献声明

比安卡·马塔里布(Bianca Mataribu): 方法学、数据分析。卡塔琳娜·塞朗(Catarina Serr?o): 方法学、数据分析。西尔维娅·雷吉娜·巴蒂斯塔祖佐·德·梅德耶罗斯(Sílvia Regina Batistuzzo de Medeiros): 资源获取。马塞乌斯·卡尔瓦略(Matheus Carvalho): 方法学、数据分析、数据管理。泰雷齐尼亚·索萨(Terezinha Souza): 文章撰写、审稿与编辑、概念构思。玛丽亚·爱德华达·德·索萨·马亚(Maria Eduarda de Souza Maia): 方法学、研究实施。安娜·朱莉娅·安东内斯·德·马加良伊斯(Ana Julia Antunes de Magalh?es): 方法学、研究实施。朱莉安娜·阿尔维斯·达·科斯塔·里贝罗·索扎(Juliana Alves da Costa Ribeiro Souza): 方法学、研究实施。达维·法里亚斯(Davi Farias): 文章撰写、审稿与编辑

未引用参考文献

BIOVIA; Dassault Systèmes, 2021; Cock et al., 2004; Ellman et al., 1961; Fu et al., 2016; Islam et al., 2023; Juan-García et al., 2020; Junfeng Li et al., 2024; Kamburov et al., 2009; OECD, 2013; Pandas Development Team, 2022; Pashay Ahi et al., 2016; Rizzo, 2024; Rocha et al., 2020; Sant and Timme-Laragy, 2018; Schaaf, 2017; Schneider et al., 2012; Shannon et al., 2003; Wang et al., 2024; Yang and Gonzalez, 2004; Zhang et al., 2020; Zhang et al., 2018.

利益冲突声明

作者声明与本文的发表没有利益冲突。

数据可用性

数据可应要求提供。

资金来源

本研究由Public Call n. 03 Produtividade em Pesquisa PROPESQ/PRPG/ UFPB(资助编号PVA13245-2020)和Universal FAPESQ(资助编号3045/2021)资助。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

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