基于组学技术研究布洛芬对斑马鱼成鱼的选择性毒性

摘要

布洛芬(Ibuprofen，IBU)，作为一种非处方药常用于缓解病痛和退烧症状，同时也是一种广泛存在于水环境中的新型环境污染物—药品及个人护理用品(PPCPs)。研究表明，布洛芬可以导致氧化损伤，免疫功能紊乱和神经损伤等。布洛芬属于手性药物，R-(-)-布洛芬和S-(+)-布洛芬在环境中都有检出且在性质和毒性方面存在差异。所以，研究布洛芬对水生生物的立体选择性毒性影响具有重要的现实意义。
　　目前对于布洛芬对映体的立体选择性毒性研究较少。本论文以斑马鱼为模式生物，借助于组学技术探究了布洛芬外消旋体及对映体对斑马鱼成鱼的立体选择性毒性效应及作用机制，并得出以下结论:
　　本论文首先采用高效液相色谱技术对布洛芬进行拆分，制备暴露实验所需对映体单体，并考察在24小时内，R-(-)-布洛芬和S-(+)-布洛芬单体在不同环境条件（温度，光照）及不同溶剂中的转化情况。结果表明，单体稳定，可用于暴露试验。
　　采用UPLC-Qtof-MS对暴露结束后的斑马鱼脑组织中的极性小分子代谢物进行非靶向代谢组学分析。筛选出45种生物标志物和26条相关的代谢通路，主要涉及能量代谢、氧化应激、基因调控、神经发育及细胞生长等。此外，借助于LC-MS/MS对22种氨基酸进行定量分析。结果发现，与神经系统发育相关的酪氨酸、色氨酸以及苯丙氨酸等，与氧化应激相关的半胱氨酸、甘氨酸和蛋氨酸等，与免疫功能精氨酸等，与能量代谢相关的谷氨酸、谷氨酰胺和天冬氨酸等，均发生了变化，且经过布洛芬不同单体暴露后均表现出明显的立体选择性差异。
　　借助于UPLC-Qtof-MS对布洛芬暴露结束后的斑马鱼脑组织样品中的脂质分子进行脂质组学分析，鉴定出46种生物标志物，主要包括甘油磷脂，胆固醇酯，孕烯醇酮、甘油脂和鞘脂。同时，进行了代谢通路分析。此外，借助于Qtrap建立了46种鞘脂的定量方法，并对暴露结束后的斑马鱼成鱼脑组织内的46种鞘脂进行定量分析。结果显示，有16种鞘脂存在明显的组间差异。结果表明，长期布洛芬暴露会导致成鱼脑组织出现脂质代谢紊乱，且布洛芬的不同单体对于斑马鱼脑部脂质代谢物种类和含量的影响存在明显的立体选择性差异。
　　分别采集暴露后7天、14天和28天的斑马鱼脑组织，测定超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和谷胱甘肽巯基转移酶(GST)的变化。结果表明，脑组织中的SOD和CAT在暴露初期和中期并未发生明显变化，但是28天出现了明显的上升，不同单体暴露组中SOD未表现出明显差异，而外消旋体和单体暴露组之间的CAT表现出显著差异。脑组织中的GST在暴露初期表现出明显上调，暴露中期和后期均表现出显著的组间差异。结果表明，长期布洛芬暴露可能会导致斑马鱼成鱼脑部一定程度的氧化损伤，且不同单体暴露组表现出明显的立体选择性差异。
　　本文通过对经布洛芬暴露后的斑马鱼成鱼的脑组织进行代谢组学分析、脂质组学分析和抗氧化酶活分析，证明了环境浓度的布洛芬会导致斑马鱼体内发生代谢紊乱和氧化应激反应。本研究为环境中其他新兴环境污染物的毒理学研究提供了新思路。

目录

声明

摘要

英文缩略表

第一章 引言

1．1．2 布洛芬的毒性

1．2 布洛芬对映体分离方法研究

1．3 布洛芬的立体选择性残存研究

1．3．1 环境中存在的布洛芬对映体

1．3．2 动物体内存在的布洛芬对映体

1．4 组学技术与应用

1．4．1 代谢组学技术简介与研究方法

1．4．2 脂质组学技术简介与研究方法

1．4．3 组学技术在毒理学中的应用

1．5 抗氧化酶作为生物标志物的研究

1．6 研究意义、主要内容及技术路线

1．6．1 研究意义

1．6．2 主要内容

1．6．3 技术路线

第二章 基于代谢组学技术探究布洛芬对斑马鱼的选择性毒性影响

2．1 前言

2．2 实验材料和方法

2．2．1 试剂和仪器

2．2．2 布洛芬单体制备及对映体稳定性考察

2．2．3 布洛芬给药及脑组织样品采集

2．2．4 水体中布洛芬的测定

2．2．5 样品前处理

2．2．6 代谢组学数据采集

2．2．7 代谢组学数据分析

2．3 结果与分析

2．3．1 非靶向代谢组学结果与分析

2．3．2 靶向代谢组学结果与分析

2．4 小结

第三章 基于脂质组学技术探究布洛芬对斑马鱼的选择性毒性影累≯响Hl叫

3．1 前言

3．2 实验材料和方法

3．2．1 试剂和仪器

3．2．2 布洛芬给药及脑组织样品采集

3．2．3 样品前处理

3．2．4 脂质组学数据采集

3．2．5 数据分析

3．3 结果和分析

3．3．1 非靶向脂质组学结果与分析

3．3．2 鞘脂组学结果与分析

3．4 小结

第四章 布洛芬对斑马鱼抗氧化系统的选择性毒性影响

4．1 前言

4．2 实验材料和方法

4．2．1 试剂和仪器

4．2．2 布洛芬给药及脑组织采集

4．2．3 样品前处理

4．2．4 酶活数据采集

4．3 数据分析

4．4 结果与讨论

4．5 小结

第五章 全文结论

参考文献

致谢

作者简历