長期食物相硒代蛋氨酸暴露損傷斑馬魚大腦并影響神經遞質及行為

瀏覽次數：552　發布日期：2021-9-30　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

文章標題：Dietary Seleno‑L‑Methionine Causes Alterations in Neurotransmitters, Ultrastructure of the Brain, and Behaviors in Zebrafifish (Danio rerio)

發表期刊：Environmental Science & Technology

發表時間：2021年8月

影響因子：9.028

合作客戶：華南師范大學

百趣提供服務：神經遞質靶標檢測

01 研究背景

1.Se-Met在抗氧化生理上的影響

相比于對照組(C)，中(M：12.16 μg Se/g 干重)和高(H：34.61 μg Se/g 干重)濃度處理組斑馬魚腦組織中總硒累積量升高(圖1A)，ROS水平增加，抗氧化酶活性以及相關硒蛋白基因表達量降低(圖1B-K)，證明Se-Met導致斑馬魚腦組織抗氧化能力降低。

圖1.過量Se-Met累積導致斑馬魚大腦氧化損傷

2.Se-Met對神經元的影響

為了解不同濃度Se-Met對斑馬魚神經元超微結構的影響，使用透射電子顯微鏡(TEM)進行觀察，結果顯示：相比于C組，Se-Met導致M和H處理組斑馬魚腦組織線粒體發生腫脹、嵴峭結構斷裂，甚至膜破損，基質外溢(圖2)。同時，線粒體呼吸鏈復合物I、II、IV和V的活性在各處理組均顯著降低(圖3)。此外，過量硒代蛋氨酸也導致腦組織內質網擴張。

圖2.斑馬魚神經元(2μm)超微結構圖

圖3.斑馬魚腦組織中線粒體RCCs的活動

通過對斑馬魚腦組織進行神經遞質靶標測定，并對篩選出來的41種神經遞質及其代謝產物進行分析。結果顯示，參與調控多巴胺能(DA)、5-羥色胺能(5-HT)、乙酰膽堿能(Ach)、γ-氨基丁酸能(GABA)和組胺能(HA)信號通路的21種神經遞質及其代謝產物受到顯著影響(圖4)。此外，通過qPCR定量分析發現，參與DA通路調控基因th、dat、drd1、drd2b、drd4、bdnf，5-HT通路調控基因tph、htr1aa、htr2b、mao，GABA 通路調控基因gad1b、gad2以及HA通路調控基因hdc、hrh1的表達也受到了顯著影響(圖5)。

圖4.過量Se-Met導致斑馬魚腦組織中神經遞質水平變化

圖5. 過量Se-Met導致斑馬魚腦組織中神經遞質相關基因轉錄水平變化

3.Se-Met對魚類行為的影響

游泳試驗顯示C組斑馬魚在燒杯邊緣游動頻率最高 (圖6A)，Se-Met處理組60s總游泳距離較C組短15~60%(圖7A)。Y迷宮試驗結果顯示，M和H處理組斑馬魚更傾向停留在Start臂(圖6B、7B)。相比于C組，投喂M和H組含硒飼料60天后，斑馬魚的自由游泳能力和空間認知能力受到顯著影響。

圖6.斑馬魚魚類行為活動軌跡

圖7.過量Se-Met導致斑馬魚神經行為的改變

03 結論

基于研究結果，本文對斑馬魚大腦和神經遞質相關的不良結果途徑(AOPs)進行了總結：Se導致的ROS的過量產生可視為分子起始途徑(Molecular Initial Event, MIE)，隨后的脂質過氧化、粗面內質網擴張、線粒體損傷以及神經遞質和相關基因的改變等為關鍵事件(Key Events, KEs)，魚類個體行為的改變為不良結果(圖8)。Se-Met導致斑馬魚神經行為改變這一AOPs的建立可為評估各類環境污染物對魚類的生態風險提供科學依據。