纳米塑料颗粒对斑马鱼幼鱼的毒性机制研究

作     者：王予頔 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：端正花

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：纳米塑料 斑马鱼幼鱼 神经毒性 不同基团修饰的纳米塑料 发育毒性 

摘      要：微塑料在全球范围内广泛存在,为生态环境、动植物和人类的安全带来很大风险,因此受到世界各地的重视。微塑料会分解为粒径更小的纳米塑料,纳米塑料在环境中的含量比微塑料更高,并且穿透生物体屏障的能力更强,因此对自然环境和生物更具有威胁。本研究以斑马鱼（Danio rerio）作为模式生物,采用实验室模拟水体暴露的方法,探究了纳米塑料对斑马鱼胚胎的神经毒性效应,不同基团修饰的纳米塑料对斑马鱼胚胎的发育毒性效应差异以及深层机制。羧基（-COOH）修饰的纳米聚苯乙烯塑料颗粒（PS-COOH）对斑马鱼具有神经毒性效应。首先,PS-COOH纳米颗粒与空白对照组（Ctr）相比造成了斑马鱼幼鱼过度活跃的游泳行为、神经传递相关蛋白乙酰胆碱酯酶活性和多巴胺水平显著上升。通过蛋白和代谢组学进行深入分析后发现,PS-COOH纳米颗粒造成斑马鱼幼鱼多种神经相关蛋白和代谢物表达水平失调,尤其是帕金森疾病相关蛋白（PARK7）的表达上调,这与帕金森疾病患者体内的表达水平正好相反,说明PS-COOH纳米颗粒通过反向帕金森通路导致斑马鱼幼鱼的神经兴奋症状。蛋白分子结构模拟发现,PS-COOH更容易与神经蛋白PHGDH相结合,并造成其聚合,提高其表达水平,因此造成了斑马鱼幼鱼神经兴奋症状。不同基团修饰的纳米塑料颗粒表面所带电荷不同,因此会对生物造成不同的毒性效应。本文使用氨基（-NH）修饰的纳米聚苯乙烯塑料（PS-NH）和-COOH修饰的纳米聚苯乙烯塑料（PS-COOH）进行对比研究。PS-NH比PS-COOH更早进入斑马鱼胚胎内部。相同暴露浓度下,PS-NH比PS-COOH对斑马鱼胚胎造成了更高的死亡率和孵化抑制率,并且只有PS-NH造成了发育畸形。PS-NH比PS-COOH对斑马鱼幼鱼造成更显著的炎症作用,增强了幼鱼的免疫反应。进一步通过蛋白组学和代谢组学的分析后发现,与PS-COOH相比,PS-NH造成了斑马鱼幼鱼体内高血糖,增强了为肿瘤组织提供营养的精氨酸的水平,并且提高了与肿瘤显著相关的蛋白表达水平,从而导致幼鱼更高的发育毒性。本论文将为纳米塑料的神经毒性效应和不同基团修饰的纳米塑料毒性效应差异以及深层机制分析提供一定的参考依据。