楊雪，宋飛，彭蕾，戶業(yè)麗，程波,*，丁強(qiáng)

1. 武漢工程大學(xué)環(huán)境生態(tài)與生物工程學(xué)院，武漢 430205 2. 宜昌三峽制藥有限公司，宜昌443005

半個(gè)多世紀(jì)以來，全氟化合物(PFCs)作為合成化學(xué)品，由于其獨(dú)特的性質(zhì)如疏水性和疏油性在商業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1-2]。但由于它們?cè)谌祟惡鸵吧鷦?dòng)物中的生物蓄積性和環(huán)境中的持久性，在生物體內(nèi)和環(huán)境中都有檢出，這使得PFCs引起了科學(xué)界和公眾的廣泛關(guān)注[3-4]。越來越多的證據(jù)表明，一些PFCs可能具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)[5]，同時(shí)擾亂甲狀腺系統(tǒng)和神經(jīng)內(nèi)分泌功能，激活過氧化物酶體增殖物激活受體α(PPAR-α)和雌激素受體(ERs)，并誘導(dǎo)嚙齒動(dòng)物的發(fā)育毒性[6]。研究較多的PFCs有全氟辛烷磺酸(PFOS)，其可調(diào)節(jié)下丘腦-垂體-甲狀腺(HPT)軸中某些基因的表達(dá)水平，并導(dǎo)致斑馬魚幼魚中甲狀腺激素(TH)水平的變化，直接反映出對(duì)TH穩(wěn)態(tài)的破壞[7]。據(jù)報(bào)道，在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，PFOS暴露會(huì)引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的改變，包括神經(jīng)內(nèi)分泌紊亂和神經(jīng)發(fā)育遲緩[8-9]。全氟辛酸(PFOA)作為一種在工業(yè)中廣泛使用的PFCs，其毒理效應(yīng)研究主要集中在水生生態(tài)毒性，比如對(duì)藻類[10]、斑馬魚[11]、黑頭軟口鰷(Pimephalespromelas)[12]、稀有鮈鯽(Gobiocyprisrarus)[13]、多刺裸腹溞(Moinamacrocopa)和大型蚤(Daphniamagna)的毒性[14]。其中，斑馬魚胚胎模型的研究表明，PFOA能夠干擾ER和睪酮受體(TR)的合成。在人腎上腺皮質(zhì)瘤細(xì)胞H295R細(xì)胞中，PFOA可以增加雌二醇(E2)的合成并降低睪酮(T)的合成，改變了主要的類固醇基因和調(diào)節(jié)因子SF-1的表達(dá)，表明了PFOA潛在的內(nèi)分泌干擾作用[11]。

PFCs前體物的毒性效應(yīng)研究相對(duì)于PFCs較少，特別是對(duì)于最近報(bào)道的一些新的前體物，如全氟碘烷烴(FIAs)。FIAs是一端含有碘原子的全氟化烷基鏈的化學(xué)品，是工業(yè)合成氟代調(diào)聚物醇(FTOH)和全氟辛酸銨(APFO)等調(diào)聚物的重要中間體[15]。全氟辛基碘烷(PFOI)就是其中一種重要的中間體，其衍生物的廣泛應(yīng)用使得其具有較高的商業(yè)價(jià)值。然而，對(duì)這種化學(xué)物質(zhì)的毒性效應(yīng)研究甚少，僅有的研究報(bào)道了PFOI暴露對(duì)雄性青鳉的影響，雄性青鳉體內(nèi)卵黃蛋白原(VTG Ⅰ和VTG Ⅱ)等雌激素相關(guān)基因的表達(dá)水平隨PFOI劑量的增加而上調(diào)，且表現(xiàn)出明顯的劑量-效應(yīng)關(guān)系[16]。VTG被證明是理想的類雌激素暴露的生物標(biāo)志物[17]，上述結(jié)果表明，PFOI是一種潛在的具有雌激素效應(yīng)的類雌激素化合物，但是對(duì)PFOI其他毒性效應(yīng)的研究仍是空白。

表觀遺傳學(xué)是毒性效應(yīng)研究中不可忽略的一個(gè)重要研究方向，因?yàn)椋黔h(huán)境化學(xué)品影響人類健康和導(dǎo)致疾病的重要機(jī)制[18]。已有研究提出，內(nèi)分泌干擾效應(yīng)有可能是通過干擾表觀遺傳途徑，進(jìn)而導(dǎo)致不利的發(fā)育效應(yīng)[19]。目前有研究表明，長鏈非編碼RNA(lncRNA)在表觀遺傳機(jī)制的調(diào)控中扮演了越來越重要的角色[20]。有趣的是，近幾年的新證據(jù)表明，lncRNA的調(diào)節(jié)受到各種環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的影響，如多環(huán)芳烴、苯、鎘、甲基毒死蜱、雙酚A、鄰苯二甲酸鹽、苯酚和膽汁酸[21]。這些環(huán)境化學(xué)物質(zhì)在表觀遺傳水平調(diào)控基因的表達(dá)，從而影響生物體內(nèi)的信號(hào)傳遞和重要的生物學(xué)功能[22]，最終產(chǎn)生致毒效應(yīng)。有研究表明，相對(duì)于正常乳腺組織，lncRNA肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本-1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript-1, MALAT-1)在原發(fā)性乳腺癌和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移中高表達(dá)[23]。據(jù)報(bào)道，阿魏酸(一種用于治療婦科疾病的中草藥主要成分之一，具有植物雌激素效應(yīng))可誘導(dǎo)MCF-7細(xì)胞中雌激素受體α(ERα)調(diào)控MALAT-1的表達(dá)，并且阿魏酸可提高M(jìn)CF-7細(xì)胞活力、增殖、成瘤、遷移和侵襲的能力，且表現(xiàn)出明顯的濃度依賴性關(guān)系[24]。此外，MALAT-1被證明在神經(jīng)元中表達(dá)并調(diào)節(jié)與樹突和突觸發(fā)育相關(guān)的一系列基因[25-26]，且MALAT-1在酗酒者的小腦、海馬和腦干中顯著上調(diào)[27]。以上研究表明，MALAT-1既會(huì)與雌激素受體相互作用，也會(huì)參與神經(jīng)調(diào)節(jié)，但是MALAT-1在PFOI暴露下的調(diào)節(jié)作用尚不明確。

生物信息學(xué)分析結(jié)果表明，MALAT-1在人、斑馬魚和老鼠之間具有一定同源性，主要表現(xiàn)在3’端有一段長約60 bp的高度相似序列[28]。故本研究以人乳腺癌細(xì)胞(MCF-7)為離體模型，研究PFOI暴露對(duì)MCF-7細(xì)胞遷移能力的影響，以及對(duì)MALAT-1的調(diào)節(jié)作用；以斑馬魚胚胎為活體模型研究PFOI暴露對(duì)斑馬魚胚胎的胚胎毒性及對(duì)MALAT-1的調(diào)節(jié)作用。初步了解PFOI環(huán)境暴露對(duì)乳腺癌患者的危害，以及對(duì)水生生物的生態(tài)毒性。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

PFOI純度≥99%，購于北京百靈威科技有限公司，二甲基亞砜(DMSO)純度≥99%，購于Amresco公司(美國)；RPMI 1640細(xì)胞培養(yǎng)液購于Invitrogen公司(美國)；胎牛血清(FBS)、100 U·mL-1鏈霉素-青霉素和谷氨酰胺均購于Gibco公司(美國)；活性炭-葡聚糖處理的胎牛血清(CDT-FBS)購于Cellgro公司(美國)。將PFOI溶于DMSO中，PFOI母液濃度為50 mmol·L-1(置于-20 ℃冰箱避光保存)。原位雜交所用去離子水出自Mini-Q超純水機(jī)(Miliipore公司，美國)。

1.2 細(xì)胞培養(yǎng)與暴露

液氮中取MCF-7乳腺癌細(xì)胞株，在解凍儀下37 ℃解凍1 min。培養(yǎng)基配方：基礎(chǔ)培養(yǎng)基RPM1640+10% FBS+1%谷氨酰胺+1%鏈霉素-青霉素。在37 ℃、5% CO2條件下的培養(yǎng)箱中連續(xù)培養(yǎng)3 d，第4天傳代培養(yǎng)。傳代2次后饑餓培養(yǎng)細(xì)胞12 h。之后暴露實(shí)驗(yàn)中，將細(xì)胞培養(yǎng)基中10% FBS換為10% CDT-FBS。MCF-7細(xì)胞暴露在濃度分別為10 μmol·L-1和50 μmol·L-1的PFOI溶液中，空白對(duì)照組為0.1% DMSO。

1.3 細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)

細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)癌細(xì)胞功能監(jiān)測實(shí)驗(yàn)，用于分析細(xì)胞遷移能力。用胰酶消化細(xì)胞后計(jì)數(shù)，置于6孔板，每個(gè)孔細(xì)胞濃度為1×105～1×106個(gè)·mL-1。培養(yǎng)過夜，第2天換不含F(xiàn)BS的培養(yǎng)基饑餓處理12 h之后，在6孔板底部劃線，再用無菌槍頭沿劃線處除去中央所有細(xì)胞。用磷酸鹽緩沖液(PBS)輕輕洗去刮掉的細(xì)胞，用培養(yǎng)基稀釋暴露藥物至工作液濃度，暴露24 h，其中，分別在0、12和24 h拍攝細(xì)胞遷移狀況。遷移能力的大小用傷口未愈合百分比(% of wound open)表示，未愈合百分比越小表明遷移能力越大。

1.4 PFOI對(duì)lncRNA MALAT-1的調(diào)節(jié)

對(duì)暴露后的細(xì)胞和斑馬魚胚胎進(jìn)行實(shí)時(shí)熒光定量PCR測定，細(xì)胞總RNA用Trizol試劑(Invitrogen公司，美國)提取，用Thermo nanodrop 2000核酸測定儀(Thermo Fisher公司，美國)測定所提取的總RNA濃度，A260/A280的比值在1.8～2.0之間。使用iScriptTMcDNA合成試劑盒(Bio-Rad Laboratories, Inc.，美國)按照說明書進(jìn)行cDNA的合成。由生工生物工程(上海)股份有限公司合成引物，并且使用SYBR Green Supermix試劑盒進(jìn)行實(shí)時(shí)定量PCR，正向和反向引物序列如表1所示。每個(gè)反應(yīng)3個(gè)重復(fù)樣品。使用2-ΔΔCT方法[29]計(jì)算相對(duì)表達(dá)水平的倍數(shù)變化。在離體細(xì)胞水平上，以GAPDH的表達(dá)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來分析MALAT-1的表達(dá)水平。在活體模式生物斑馬魚體胚胎體內(nèi)，以β-肌動(dòng)蛋白(β-actin)的表達(dá)量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化來分析MALAT-1的表達(dá)水平。

表1 用于實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(RT-PCR)的引物序列Table 1 Primer sequences used for real-time polymerase chain reaction (RT-PCR)

1.5 斑馬魚暴露實(shí)驗(yàn)

1.5.1 斑馬魚暴露與形態(tài)觀察

斑馬魚(Daniorerio)，AB野生型，購于中國科學(xué)院水生生物研究所，飼養(yǎng)于流水養(yǎng)殖系統(tǒng)(武漢漢科實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制有限公司)，最適水溫范圍(28±0.5) ℃，光周期為14 h光照周期和10 h暗周期。所有實(shí)驗(yàn)均在野生型AB株(3個(gè)月齡)孵化的斑馬魚胚胎上進(jìn)行。收集的胚胎由2條雌魚和2條雄魚配對(duì)產(chǎn)生，并在收集胚胎前一天的晚上用隔板分離。第2天拿開隔板自由配對(duì)產(chǎn)卵。之后挑取發(fā)育時(shí)期一致，質(zhì)量較好的胚胎于6孔板中，每個(gè)孔約30枚胚胎暴露于PFOI溶液中。暴露液濃度分別為0、10、50、100、500和1 000 μmol·L-1。斑馬魚胚胎受精2 h后(2 hpf)暴露至120 hpf，暴露時(shí)間內(nèi)每天更換約1/2新鮮配制的暴露液(暴露液由養(yǎng)魚水稀釋配成，養(yǎng)魚水以約0.06 g海鹽加入1 L的自來水中配制而成，充分溶解后曝氣)。每個(gè)暴露組有3個(gè)重復(fù)，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的DMSO含量不超過0.007%。在暴露過程中，觀察胚胎的形態(tài)發(fā)育，記錄不同階段的死亡率、孵化率和畸形率。

1.5.2 斑馬魚胚胎自發(fā)運(yùn)動(dòng)行為的測定

對(duì)胚胎的早期自發(fā)運(yùn)動(dòng)的檢測在28～29 hpf進(jìn)行(斑馬魚胚胎早期自發(fā)運(yùn)動(dòng)于17 hpf最為活躍)，此時(shí)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育已經(jīng)開始抑制胚胎的早期自發(fā)運(yùn)動(dòng)，因而，這一階段的運(yùn)動(dòng)頻率較為穩(wěn)定，利于觀測。殘余的自發(fā)運(yùn)動(dòng)被認(rèn)為是引起孵化的原因之一[30]。斑馬魚胚胎暴露于含不同濃度PFOI(0、10、50、100和500 μmol·L-1)環(huán)境中至32 hpf時(shí)(未出膜)，于32 hpf時(shí)通過斑馬魚微視行為分析系統(tǒng)(DanioScope)，分析PFOI暴露對(duì)斑馬魚胚胎自發(fā)運(yùn)動(dòng)行為的毒性效應(yīng)。觀察20枚胚胎，通過徠卡顯微鏡(DMi8, Leica, Mannheim, Germany)使用每秒24幀速度對(duì)胚胎進(jìn)行視頻拍攝，之后通過DanioScope軟件對(duì)視頻文件進(jìn)行多枚斑馬魚胚胎的活動(dòng)分析，每個(gè)處理組有3個(gè)重復(fù)。該系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別胚胎，選擇胚胎絨毛膜內(nèi)作為感興趣區(qū)域，并自動(dòng)測定胚胎活動(dòng)。分析指標(biāo)為斑馬魚胚胎的活躍性，用胚胎運(yùn)動(dòng)的時(shí)間百分比(占總測量時(shí)間的百分比)來表征。

1.5.3 整體原位雜交

(1) 胚胎前處理

用PFOI暴露之后，分別收集暴露至72 hpf的胚胎，用4%多聚甲醛固定4 ℃過夜，之后用PBS稀釋的甲醇(0、25%、50%、75%和100%)梯度溶液脫水，每個(gè)濃度一次，每次5 min，最后置于甲醇溶液中于-20 ℃保存并透化約一周。

(2) 探針制備

陽性對(duì)照引物序列上游引物為5’GATGTCGCCCTGTGGAGT3’，下游引物為5’TAATACGACTCACTATAGGGGGGATGCACGATTAGCAG3’。其中，下游引物前20個(gè)堿基屬于T7聚合酶基因序列。提取斑馬魚幼魚(120 hpf)的總RNA，通過逆轉(zhuǎn)錄合成cDNA，再根據(jù)體外轉(zhuǎn)錄程序來合成反義RNA作為探針。

(3) 原位雜交

第1天進(jìn)行雜交實(shí)驗(yàn)：用含甲醇的PBS溶液(100%、75%、50%、25%和0)梯度復(fù)水，每個(gè)濃度一次，每次5 min，復(fù)水完之后用含0.1% Tween20的PBS即PBT洗4次，每次5 min。蛋白酶K消化與4%多聚甲醛固定之后，加預(yù)雜交液，70 ℃水浴4 h進(jìn)行預(yù)雜交，之后再加含有探針的雜交液于70 ℃雜交過夜。

第2天進(jìn)行抗體孵育：用雜交液與氯化鈉和檸檬酸三鈉溶液(SSC)的混合液梯度漂洗，然后加封閉液(PBT中加入2%羊血清和2 mg·mL-1牛血清白蛋白(BSA))在室溫低速搖床上封閉反應(yīng)4 h。最后加酶連地高辛抗體(Anti-dig-AP)于4 ℃搖床上低速反應(yīng)過夜。

第3天進(jìn)行顯色實(shí)驗(yàn)：棄抗體反應(yīng)液，PBT快速漂洗6次，每次5 min，然后用堿性Tris緩沖液快速漂洗3次，每次5 min。最后用顯色液(20 μL NBT-BCIP/1 mL堿性Tris緩沖液)進(jìn)行顯色反應(yīng)。顯色反應(yīng)時(shí)嚴(yán)格避光。每30分鐘觀察一次胚胎顯色情況，直到顯色成功后，及時(shí)吸去顯色液，之后加入1 mL終止液(PBS的pH為5.5，含EDTA 1 mmol·L-1)，洗3次。最后將胚胎轉(zhuǎn)移至100%甘油中室溫過夜，增加胚胎的光透性。

第4天進(jìn)行MALAT-1基因的原位觀察：在顯微鏡下將雜交好的胚胎置于白底板下觀察MALAT-1基因的原位表達(dá)情況。

圖1 在全氟辛基碘烷(PFOI)暴露下MCF-7細(xì)胞隨時(shí)間變化的遷移情況注：(a)、(b)和(c)分別為0、10和50 μmol·L-1的PFOI暴露組；1、2和3分別表示暴露時(shí)間為0、12和24 h；黃色線條標(biāo)記的中間區(qū)域面積能夠反映MCF-7細(xì)胞遷移愈合能力，黃色區(qū)域面積越小，表明遷移能力越強(qiáng)。Fig. 1 Cellular migration with time of MCF-7 cells after exposure to 1-iodoperfluorooctane (PFOI)Note: (a), (b) and (c) represent 0, 10 and 50 μmol·L-1 of PFOI exposure group, respectively; 1, 2 and 3 represent 0, 12 and 24 h after exposure, respectively; the area of the middle area marked by the yellow line is negatively correlated with the migration ability of MCF-7 cells, which means the smaller the area of the yellow area, the stronger the migration ability.

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

使用GraphPad Prism 7(Graphpad Software，La Jolla，CA，美國)和SPSS 22.0(IBM Corp.，Armonk，NY，美國)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，用Image J對(duì)細(xì)胞遷移實(shí)驗(yàn)中傷口未愈合面積進(jìn)行灰度分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)或平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差(SEM)。使用單因素方差分析評(píng)估多個(gè)處理組(包括傷口未愈合百分比、基因表達(dá)和孵化率)。采用ANOVA與Dunnett’s post-test進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，P<0.05被認(rèn)為在統(tǒng)計(jì)學(xué)上具有顯著性。

2 結(jié)果(Results)

2.1 PFOI影響乳腺癌細(xì)胞的遷移能力

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MCF-7細(xì)胞在PFOI暴露后，其遷移能力顯著增強(qiáng)，尤其是在高濃度的PFOI下。PFOI暴露組中MCF-7的遷移能力相對(duì)于對(duì)照組顯著性增高(圖1)。通過細(xì)胞的表觀觀察可知，在PFOI暴露處理12 h時(shí)，相對(duì)于對(duì)照組，MCF-7細(xì)胞遷移能力顯著性提高。通過Image J軟件對(duì)傷口面積進(jìn)行定量分析可知，對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組有顯著性差異。在暴露至12 h時(shí)，相對(duì)于對(duì)照組，10 μmol·L-1和50 μmol·L-1的PFOI暴露組中，細(xì)胞遷移能力分別提高了13%和39%(圖2)。

圖2 在PFOI暴露下MCF-7細(xì)胞遷移傷口未愈合百分比的定量分析注：數(shù)據(jù)表示為平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；**** P<0.0001表示暴露組與對(duì)照組之間的顯著差異。Fig. 2 A quantitative analysis of wound open percentage of cell migration of MCF-7 cells over time after exposure to PFOINote: Data are expressed as mean ± SEM; **** P<0.0001 indicates a significant difference between the exposed group and the control group.

2.2 PFOI對(duì)MCF-7細(xì)胞中MALAT-1的調(diào)節(jié)作用

對(duì)MALAT-1的表達(dá)量進(jìn)行了定量分析，結(jié)果表明，于PFOI暴露24 h后，MCF-7細(xì)胞中MALAT-1的表達(dá)量顯著性增高。由圖3可知，與對(duì)照組相比，10 μmol·L-1和50 μmol·L-1的PFOI暴露組細(xì)胞中MALAT-1的表達(dá)量分別提高了7.1倍和9.2倍。

圖3 PFOI暴露24 h后MCF-7細(xì)胞MALAT-1的相對(duì)表達(dá)量注：數(shù)據(jù)表示為平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；**** P<0.0001表示暴露組與對(duì)照組之間的顯著差異。Fig. 3 Relative expression of MALAT-1 after exposure to PFOI for 24 h in MCF-7 cellsNote: Data are expressed as mean ± SEM; **** P<0.0001 indicates a significant difference between the exposed group and the control group.

2.3 PFOI誘導(dǎo)斑馬魚的胚胎毒性效應(yīng)

對(duì)PFOI暴露下的斑馬魚胚胎毒性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在0～1 000 μmol·L-1濃度范圍內(nèi)，在發(fā)育前期(<48 hpf)，斑馬魚胚胎的死亡率和畸形率雖無顯著性變化，但有顯著性的發(fā)育遲緩現(xiàn)象。形態(tài)學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，在斑馬魚胚胎色素形成窗口期(約32 hpf)，POFI暴露組中，有較多斑馬魚胚胎表現(xiàn)出色素生成遲緩(圖4)。繼續(xù)暴露至72 hpf，500 μmol·L-1和1 000 μmol·L-1POFI暴露組的幼魚孵化率顯著性降低(表2)，繼續(xù)培養(yǎng)至96 hpf，幼魚由于不能及時(shí)出膜而死亡。

表2 斑馬魚幼魚暴露于PFOI的孵化率統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistical hatching rate of zebrafish larvae exposed to PFOI

2.4 PFOI對(duì)斑馬魚幼魚自發(fā)運(yùn)動(dòng)的影響

在斑馬魚發(fā)育早期(約32 hpf)，通過測定斑馬魚胚胎的自發(fā)運(yùn)動(dòng)能力來評(píng)估PFOI對(duì)斑馬魚胚胎早期自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的毒性效應(yīng)，結(jié)果表明，暴露濃度在50 μmol·L-1和100 μmol·L-1時(shí)，自發(fā)運(yùn)動(dòng)活力百分比相對(duì)于對(duì)照組分別顯著增加了1.01倍和1.1倍(P<0.05)(圖5)。結(jié)果表明，PFOI暴露導(dǎo)致斑馬魚胚胎早期發(fā)育的自發(fā)活動(dòng)不受神經(jīng)調(diào)節(jié)的控制而產(chǎn)生焦慮行為。

圖5 PFOI暴露至32 hpf時(shí)斑馬魚胚胎自發(fā)運(yùn)動(dòng)行為活力百分比注：數(shù)據(jù)表示為平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；* P<0.05表示暴露與對(duì)照組之間的顯著差異。Fig. 5 The percentage of burst activity for zebrafish embryos after exposure to PFOI until 32 hpfNote: Data are expressed as mean ± SEM; * P<0.05 indicates a significant difference between the exposed group and the control group.

2.5 PFOI對(duì)斑馬魚幼魚體內(nèi)MALAT-1的調(diào)節(jié)作用

在PFOI的刺激下，斑馬魚幼魚體內(nèi)MALAT-1表達(dá)量的定量分析結(jié)果表明，MALAT-1的表達(dá)量顯著性增高(圖6)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，相對(duì)于對(duì)照組，高濃度PFOI暴露組(100、500和1 000 μmol·L-1)中MALAT-1的表達(dá)分別增高了16倍、21倍和26倍。

圖6 PFOI暴露至120 hpf時(shí)斑馬魚胚胎MALAT-1的相對(duì)表達(dá)量注：數(shù)據(jù)表示為平均值±平均值的標(biāo)準(zhǔn)誤差；**** P<0.0001、***P<0.001、** P<0.01表示暴露組與對(duì)照組之間的顯著差異。Fig. 6 Relative expression of MALAT-1 in zebrafish embryos after exposure to PFOI until 120 hpfNote: Data are expressed as mean ± SEM; **** P<0.0001, *** P<0.001 and ** P<0.01 indicate a significant difference between the exposed group and the control group.

2.6 MALAT-1在斑馬魚幼魚中的原位表達(dá)

原位雜交結(jié)果表明，斑馬魚幼魚在PFOI(0、100、500和1 000 μmol·L-1)暴露至72 hpf，MALAT-1的表達(dá)水平以PFOI劑量依賴關(guān)系顯著上調(diào)(圖7(c)、7(d)、7(e)和7(f))，且MALAT-1主要集中在斑馬魚胚胎的腦部表達(dá)(圖7(a)和圖7(b))。原位雜交的結(jié)果與實(shí)時(shí)熒光定量PCR結(jié)果相一致。

圖7 PFOI暴露至72 hpf時(shí)MALAT-1在斑馬魚胚胎的整體原位雜交注：(a)和(b)分別表示空白對(duì)照組與PFOI處理組暴露至72 hpf，斑馬魚胚胎的整體原位雜交成像，箭頭所指表示MALAT-1空間表達(dá)位置，比例尺為250 mm；(c)、(d)、(e)和(f)分別表示0、100、500和1 000 μmol·L-1 PFOI處理組的幼魚經(jīng)過原位雜交后的成像，其中箭頭所指表示MALAT-1空間表達(dá)位置，比例尺為800 μm。Fig. 7 The MALAT-1 spatial expression in whole in situ hybridization of zebrafish embryos after exposure to PFOI until 72 hpfNote: (a) and (b) represent the whole in situ hybridization imaging of the zebrafish embryos in the control group and the PFOI treatment group until 72 hpf; the arrow indicates that the spatial expression position of MALAT-1 is mainly concentrated in the brain, and the scale is 250 mm; (c), (d), (e) and (f) represent the imaging of 0, 100, 500, and 1 000 μmol·L-1 PFOI-treated juveniles after in situ hybridization, where the arrow indicates that the MALAT-1 spatial expression position is mainly concentrated in the brain, and its expression is PFOI dose-dependent and has a scale of 800 μm.

3 討論(Discussion)

PFOI作為有機(jī)氟化物合成的重要中間體，具有較高的商業(yè)價(jià)值，但對(duì)其毒性效應(yīng)的研究僅限于PFOI暴露可促進(jìn)MCF-7細(xì)胞的增殖以及可誘導(dǎo)雄性青鳉魚體內(nèi)VTG Ⅰ和VTG Ⅱ上調(diào)，表明PFOI具有雌激素效應(yīng)[16]。本研究結(jié)合離體模型MCF-7細(xì)胞與活體動(dòng)物模型斑馬魚胚胎來研究POFI急性暴露的毒性效應(yīng)及對(duì)表觀遺傳修飾中l(wèi)ncRNA MALAT-1的調(diào)節(jié)作用。

離體模型研究結(jié)果表明，PFOI暴露加快了MCF-7細(xì)胞的遷移，同時(shí)誘導(dǎo)MALAT-1表達(dá)上調(diào)。對(duì)于細(xì)胞遷移與MALAT-1的調(diào)節(jié)之間的相關(guān)性，已有研究報(bào)道了MALAT-1通過競爭性結(jié)合miR-1作用于細(xì)胞分裂周期42蛋白(cell division cycle 42, cdc42)，進(jìn)而誘導(dǎo)MCF-7的遷移和侵襲[31]。這說明，POFI暴露誘導(dǎo)MCF-7細(xì)胞中MALAT-1的上調(diào)，對(duì)加快癌細(xì)胞遷移有一定貢獻(xiàn)。此外，臨床數(shù)據(jù)表明，MALAT-1與雌激素受體相互作用，致使乳腺癌患者存活率降低[32]，筆者的研究也證實(shí)了PFOI環(huán)境暴露對(duì)乳腺癌的誘發(fā)和惡化具有一定的潛在影響。

斑馬魚胚胎活體模型的研究結(jié)果表明，PFOI的急性暴露具有一定的胚胎毒性，雖然，在胚胎發(fā)育早期(約32 hpf)沒有較為顯著的死亡和畸形現(xiàn)象，但在72 hpf(未出膜)時(shí)，胚胎死亡率顯著增高。早期發(fā)育所能觀察到的形態(tài)學(xué)毒性效應(yīng)包括胚胎發(fā)育延遲、胚胎自發(fā)運(yùn)動(dòng)不受控制以及胚胎出膜率低。由于運(yùn)動(dòng)行為的成熟可能是基于發(fā)育過程中自發(fā)運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)性調(diào)控，當(dāng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)受到影響時(shí)，自發(fā)運(yùn)動(dòng)變得不可控制，隨著時(shí)間的推移，殘余的自發(fā)運(yùn)動(dòng)活力越來越微弱，同時(shí)由神經(jīng)支配自主運(yùn)動(dòng)受到阻礙，推測以上原因?qū)е铝税唏R魚在72 hpf時(shí)的孵化率顯著性降低，其實(shí)際致毒機(jī)理還需通過正反交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。除此之外，筆者還在分子水平上測定了PFOI暴露對(duì)斑馬魚胚胎的毒性效應(yīng)，通過qRT-PCR對(duì)PFOI暴露后的斑馬魚胚胎體內(nèi)的MALAT-1相對(duì)表達(dá)量進(jìn)行了測定，同時(shí)采用整體原位雜交技術(shù)觀測了MALAT-1的原位表達(dá)情況。結(jié)果表明，MALAT-1的相對(duì)表達(dá)量相對(duì)于對(duì)照組顯著性上調(diào)，且主要集中在腦部表達(dá)，少數(shù)在脊柱上表達(dá)。Ulitsky等[33]的研究表明，MALAT-1在各種組織中高表達(dá)，但主要在腦中富集，并調(diào)節(jié)與突觸和樹突發(fā)育相關(guān)的多個(gè)基因[34]，在突觸形成中起重要作用[35]。以上研究表明，MALAT-1的異常表達(dá)，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常調(diào)節(jié)具有一定的干擾作用。筆者的研究表明，在PFOI暴露下斑馬魚胚胎體內(nèi)MALAT-1表達(dá)顯著性上調(diào)，結(jié)合自發(fā)運(yùn)動(dòng)研究結(jié)果，可以推測PFOI在活體里的形態(tài)學(xué)毒性效應(yīng)可能與MALAL-1的調(diào)節(jié)有一定的相關(guān)性，并且表明PFOI可能具有潛在的神經(jīng)毒性效應(yīng)。

綜上所述，筆者首次通過聯(lián)合離體與活體實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯苛薖FOI的細(xì)胞毒性和胚胎毒性，發(fā)現(xiàn)PFOI可能是通過MALAT-1的調(diào)節(jié)作用誘導(dǎo)癌細(xì)胞遷移和自發(fā)運(yùn)動(dòng)過度活躍等毒性效應(yīng)。

◆