2,3,7,8-四氯二苯并-对-二噁英对鱼类胚胎发育影响的研究进展.pdf

饲埘工业 2 0 1 1年囊 3 2簟第 8期 回 画氯 曰瓣 昌 许友卿吴卫君丁兆坤李太元 摘要 二嗯英 d i o x i n 所以被称为 世纪之毒 因之是危害极大的环境激素 致畸 致癌和 突变性 强 可通过食物链富集进入鱼 人和其他动物体 内 并在脂肪 中积蓄 对机体健康构成严重威胁 其 中 尤以 2 3 7 8 一 四氯二苯并一 对一 4英 2 3 7 8 一 t e t r a c h l o r o d i b e n z o p d i o x i n t c d d 毒性最强 引起 了 全球的高度关注 文中着重综述 t c d d对鱼类胚胎发育的影响 机理及 目前预防 t c d d对鱼类胚胎发 育影响的研究进展 旨 在更好地为研究t c d d对鱼类胚胎发育的影响 机理及预防措施提供参考 关键词 2 3 7 8 一 四氯二苯并一 对一 二嗯英 t c d d 胚胎发育 影响 预防 鱼 中图分类号 s 9 文献标识码 a 文章编号 1 0 0 1 9 9 1 x 2 0 1 1 0 8 0 0 5 5 0 4 s t u d y p r o g r e s s o f 2 3 7 8 t e t r a c h l o r o d i b e n z o p d i o x i n o n e mb r y o n i c d e v e l o p me n t o f fis h e s x u y o u q i n g wu we i j u n d i n g z h a o k u n l i t a i y u a n ab s t r a c t di o x i n i s c a l l e d t h e p o i s o n o f t h e c e n t u r y s i n c e i t i s a n e n v i r o n me n t a l h o r mo n e wi t h t r e me n d o u s h a r m s t r o n g t e r a t o g e n i c c a r c i n o g e n i c a n d mu t a g e n i c e f f e c t s di o x i n c a n a c c u mu l a t e i n t h e t i s s u e o f fi s h h u ma n b e i n g a n d o t h e r a n i ma l s t h r o u g h a n u mb e r o f wa y s e s p e c i a l l y i n t h e i r f o o d c h a i n s r e s u l t i n g i n a s e r i o u s t h r e a t t o t h e i r h e alt h i n d i o x i n 2 3 7 8 一 t e t r a c h l o r o d i b e n z o p d i o x i n t c d d i s o f t h e s t r o n g e s t t o x i c i t y a n d h a s a t t r a c t e d wo r l d w i d e a t t e n t i o n t h e p r e s e n t p a p e r ma i n l y r e v i e ws t h e e f f e c t s a n d me c h a n i s ms o f t cdd o n fis h e mb r y o n i c d e v e l o p me n t a s we l l a s s o me p r e c a u t i o n a r y me a s u r e s w h i c h a i ms t o u n d e r s t a n d t h e e f f e c t s o f t cdd o n fi s h e s a n d i t s u n d e r l y i n g me c h a n i s m s o t h a t p e o p l e c a n p r e v e n t i t ke y wo r d s 2 3 7 8 t e t r a c h l o r o d i b e n z o p d i o x i n t c d d e mb ryo n i c d e v e l o p me n t e f f e c t p r e v e n t fi s h 许友卿 广西大学水产科学研究所 教授 5 3 0 0 0 4 广西南宁 吴卫君 丁兆坤 通讯作者 李太元 单位及通讯地址同 第一作者 收稿 日期 2 0 1 1 0 2 2 4 基金项 目 教 育部研 究生教 育研 究 b 1 5 0 1 1 1 广西研 究生教 育创新计划资助项目 3 1 0 4 9 t 3 1 0 6 6 2 0 0 9 1 0 5 9 3 0 9 0 8 m0 1 2 广 西大学科研创新基地建设计划 l 3 0 0 2 6 1 二嗯英 d i o x i n 是一种环境激素 持久性有机污染 物 目前发现二嗯英有 2 1 0种化合物 其中 2 3 7 8 一 四 氯二苯并一 对一 二嗯英 2 3 7 8 一 t e t r a c h l o r o d i b e n z o p d i o x i n t c d d 毒性最强 因此 世界卫生组织 wo r l d he a l t h o r g n i s a t o n who 以 t c d d为参照毒性当量因 子 t o x i c i t y e q u i v a l e n c y f a c t o r t e f 和毒性当量 t o x i c e q u i v a l e n t q u a n t i t y t e q 计算二嗯英化合物的毒性效 7 4 一 7 5 l u j 4 孙智敏 魏甲乾 张文齐 等 废弃蛋白制备复合氨基酸液的工艺 研 究 j 食品科 学 2 0 0 6 2 7 1 1 2 2 1 2 4 1 1 5 黄风 洪 王江薇 夏伏建 等 二 次中和 法制取脱皮双低 菜籽 复合 氨基酸工艺研 究 j 中国油料作物学报 2 0 0 4 2 6 3 8 0 8 2 1 2 6 孙林 李吕木 张邦辉 等 多茵种固态发酵菜籽粕的研究 j 中国 粮油学报 2 0 0 9 4 9 1 8 5 8 9 1 3 7 中国预 防 医学科学院 gb t 5 0 0 9 1 2 4 2 0 0 3食品 中氨基酸 的测 定 s 北京 中国标准出版社 2 0 0 3 1 4 8 ma n s o u r e h e f f e c t o f p r o c e s s i n g o n t h e a n t i n u t r i t i v e f a c t o r s a n d n u t r i t i v e v a l u e o f r a p e s e e d p rod u c t s f o o d c h e mi s t r y 1 9 9 3 4 7 3 1 5 2 4 7 2 5 2 9 a d e r n j e n z y m a t i c h y d r o l y s i s o f p r o t e i n f o r i n c r e a s e d s o l u b i l i t y j 1 6 j o u rna l o f a c u l t u r a l a n d f o o d c h e mi s t ry 1 9 7 6 2 4 1 0 9 0 1 0 9 6 o 王福源 现代食品发酵技术 m 北京 中国轻工业出版社 1 9 9 8 5 0 6 5 5 6 张寒俊 刘 大川 快速 水解 法制 备 菜籽 复合氨基 酸粉 的工 艺探 讨 粮食 与饲料 工业 2 0 0 5 8 2 0 2 1 董绪燕 胡小加 江木兰 等 采用枯草芽孢杆菌发酵菜籽饼粕生 产溶栓酶条件的优化 3 3 中国油料作物学报 2 0 0 8 3 0 2 2 3 9 2 4 1 冯光 炷 谢文磊 孙建 军 等 菜籽 粕水解 制备复合氨 基酸 的研 究 j 中 国油脂 1 9 9 8 2 3 3 3 5 王则宇 蛋白水解酱油生产工艺的试验报告 中国调味品 1 9 9 6 6 9 1 2 李祥 张光华 沈良骥 油菜饼粕脱毒及其在调味品工业中应 用研 究报告 j 中国调味 品 1 9 9 4 1 0 1 1 1 3 张伟国 氨基酸生产技术及应用 m 北京 轻工业出版社 1 9 9 7 1 9 6 2 8 0 编辑 高雁 s n o wy a n 7 8 1 6 3 c o m 究 i午 l 卿等 2 3 7 8 一 四氯二苯并一 对一 二嗯英对鱼类胚胎发育影响的研究进展 力 使 t e f和 t e q被广泛地应用到二嗯英化合物的 血管 结 构 改 变 和器 官 形 态 畸 形 等 y a m a u c h i 等 研究中 2 0 0 6 wu等 2 0 0 8 和 y a n g等 2 0 0 9 先 后 报 道 二嗯英主要来 自含氯垃圾等的燃烧和含氯化学t c d d可导致鱼类心脏 卵黄 眼球周围和胴体等部 工业处理等过程 二嗯英可通过多种途径特别是通过 位水肿 头部和颅面畸形 下颌发育短小 鱼鳍发育不 食物链进入鱼 人和其他动物体 二嗯英对生物体的主 完全 尾 巴弯曲等 组织切片观察发现 t c d d使鱼心 要毒害是 生殖 免疫和肝毒性 致畸 致癌和致死 脏变得细长 鳔发育不良 卵黄囊 心囊高度水肿 但 性 胸腺萎缩 废物综合症和氯痤疮等 因此 二嗯 是通过识别细胞凋亡的 t u n e l染色没有发现阳性细 英被称为 世纪之毒 引起 了全球的广泛关注 研究 胞 t c d d侵染组 的胚胎死亡率于受精后 2 7 6 h达到 二嗯英 特别是 t c d d 控制其污染 保护生态环境及 1 0 0 t c d d还诱导斑马鱼中脑背侧部的细胞凋亡 生物 是当今环境生物学研究 的热点之一 而且死亡率随 t c d d浓度增 加而上升 mh a d h b i 等 鱼类对 t c d d非常敏感 是水体 t c d d毒害的主 2 0 1 0 在光照或黑 暗条件下 把大菱鲆 p s e t t a m a x i 一 要对象 t e r a o k a 等 2 0 0 9 指出 鱼类特别是鱼胚胎对 ma 胚胎暴露于 p a hs 和重金属复合物 中 导致卵黄 t c d d最敏感 最易受毒害 因此 研究化学污染物对 囊变形 围心包水肿 骨骼畸形和死亡 鱼尤其是鱼的早期发育 阶段 的影响具有重要意义 鱼类心血管系统对 t c d d高度敏感 是 t c d d毒 本文重点综述二嗯英尤其是 t c d d对鱼类胚胎 害的一个重大 目标 t c d d暴露使鱼胚胎心脏缩小 发育 的影 响及机理研究进展 同时总结了 目前预 防t c d d侵染心脏 不仅影响其形态 也影响其功能 t c d d对鱼类胚胎发育影响的一些措施 旨在更好地t c d d首先导致斑马鱼心肌细胞数量减少 其后引起 理解 t c d d对鱼类胚胎发育的毒性效应 机理和预防 心脏周围水肿 颅面畸形和生长迟缓 最后大量死亡 原理 为水环境包括海洋环境评估 管理和保护提供t e r a o k a等 2 0 0 9 发现 暴露于 t c d d的斑马鱼胚胎 基础资料 心脏周围血液循环减少 同时 t c d d引起斑马鱼胚 1 t cd d对鱼类胚胎发育的影响 胎中脑静脉血流量减少 造成 中脑循环障碍 这可能 t c d d可以通过皮肤 呼吸道 消化道等途径进入 是 t c d d抑制 了总主静脉退化和红细胞生成而致中 鱼 人和其他动物体 并可通过血脑屏障 血胎屏障等 脑血液循环障碍 t c d d使斑马鱼静脉面积和心肌细 影响全身各组织 t c d d被吸收后主要存在于脂肪组 胞数量减少 并严重破坏了斑马鱼心脏瓣膜的形成 织 肝和肾而影响机体 并能透过胎盘进入胎儿 从而 导致血液回流和血液循环的衰竭 对胚胎 子代产生毒性作用 t c d d对胚胎发育影响t c d d分布于鱼的各种组织 并在其中沉积和产 的主要表现是 引起着床胚胎数减少 使着床后的胚胎 生危害 暴露于 t c d d中的鱼血液 脑 肌肉 心脏 肝 发育迟缓 质量下降 以致着床后的胚胎发育阻滞 h e i d e n 脏 胰脏和生殖组织都可观察到明显 的有毒物质积 等 2 0 0 8 指出 t c d d是干扰调节脊椎动物卵泡发育 累 h a n s s o n等 2 0 0 8 对大西洋鲑 s a l mo s a l a r 的研究 和排卵的物质 抑制卵巢促性腺激素受体的表达 表明 除心脏是 t c d d损害 的主要对象外 脑 肝脏 鱼类对多环芳烃等化学物暴露非常敏感 尤其是 脾脏和生殖系统也受到不同程度的损害 t c d d还阻 胚胎阶段 因为鱼类如斑马鱼 d a n i o r e r i o 繁育能力 碍鱼体性腺的发育 影响其生长和繁殖 高 体外产卵与受精 胚体透明等特性而成为研究发t c d d还可导致鱼类脂质过氧化作用 一定剂量 育生物学家珍爱的对象 斑马鱼提示生命本质及其运 的 t c d d能引起斑马鱼脂质过氧化产物 丙二醛 行机制的研究在发育生物学领域 日趋重要 因此 ma l o n d i a l d e h y d e md a 含量增加 使各 种抗氧化 酶 当前 研究 t c d d对鱼类 胚胎发 育 的影 响主要集 中 活力降低 导致机体细胞的脂质过氧化作用 使细胞 在斑马鱼 产生毒性反应并对细胞造成损害 多环芳烃等化学污染物对鱼类胚胎发育影 响是 2 t cd d对鱼类胚胎发育影响的机理 严重的 而且是多方面的 t c d d不但可使鱼卵发育 近年来 t c d d毒性机理的研究十分活跃 目前 停滞 胚胎孵化率降低 还可导致多种畸形 如水肿 认为 t c d d的重要毒理机制之一是 t c d d引起鱼 的 许 友 卿 等 2 3 7 8 一 四 氯 二 苯 并 一 对 一 二 嗯 募 垒 胎 发直 塞 鲨 蘸 脂质过氧化作用 产生过多的氧 自由基 o z 而危害机 体 在斑马鱼胚胎发育早期 超氧化物歧化酶 s u p e r o x i d e d i s m u t a s e s o d 谷 胱甘 肽转 移 酶 g l u t a t h i o n t r a n s f e r a s e g s t 和过氧化氢酶 c a t a l a s e c a t 等抗氧 化酶系统就开始逐步建立 维持胚胎组织器官细胞中 的生理活性氧浓度 确保胚胎的正常发育 s o d是机 体 内的主要抗氧化酶之一 s o d能够把氧 自由基 o 一 歧化成 h o 和 o 使机体免受 0 2 的毒性危害 而 t c d d诱导机体的脂质过氧化作用 增加机体 0 2 的生 成 导致脂质过氧化的中间产物如丙二醛 md a 等增 加 引起抗氧化酶如超氧化物歧化酶 s o d 谷胱甘 肽过氧化物酶 g p x 谷胱甘肽转移酶 g s t 和过氧化 氢酶 c a t 等活力下降 以致不能保护细胞免受活性 氧对 d n a等生物大分子的损伤 从而影响鱼胚胎的 发育 从分子水平研究 t c d d的毒性机制 才能从根本 上理解 t c d d的作用机理 已有的研究表 明 二嗯英 类主要是通过芳香烃受体 a r y l h y d r o c a r b o n r e c e p t o r a h r 诱导基 因表达 改变激酶活性和蛋 白质功能而 发挥作用 t c d d毒性的介导是通过 a h r信号级联 放大的 a hr是存在于脊椎动物细胞质 内有配体活 性 的转录因子 与 t c d d暴露接触后 结合并开始信 号传导 包括与芳香烃受体核迁移物 a r y l h y d r o c a r b o n r e c e p t o r n u c l e a r t r a n s l o c a t o r a r n t 的反应及向细胞核 的迁移 在胞核内 a h r激活了一些应答基因包括编 码细胞色素 p 4 5 0 c y t o c h r o me p 4 5 0 c y p 等基因表达 脊椎动物有两种 a h r a h r1 和 a hr 2 其 中 a h r1 有 仅 p型 a h r 2有 b 8型 斑 马 鱼 有 三 种 a h r a h rl o l a hr 1 13和 a h r 2 ha n s s o n 等 2 0 0 8 指 出 拥有多种 a hr有助于提高鱼类对 t c d d及其相 关化学物质的感受能力 大西洋鲑 s a l mo s a l a r 的四 种 a hr 2 都表现了以 a hr为中介的信号功能 暗示 了这 四种蛋 白质与 t c d d的毒性有关 因此 推测大 西洋鲑对 t c d d的高度敏感性是 由于具有多种功能 性 a hr基因之缘故 t c d d对鱼类发育 的影响主要是通过 a h r介导 诱导 目标基 因 c y p转录 c y p是 t c d d的一种靶基 因 c y p是包含亚铁红素的单氧酶基因的一个总科 在 脊 椎 动 物 中 c y p单 氧 酶 基 因 c y p 1 c y p 2和 c y p 3 都与许多毒性药物 环境化学物和内生化合物 的 氧 化 和 还 原 相 关 c y p 1包 括 c y p 1 a c y p 1 b c y p 1 c c y p 1 d等基因亚科 每个亚科又各有其亚基 如 c y p 1 a1 和 c y p 1 a 2 c y p 1 b 1 和 c y p 1 b 2 c y p 1 c 1 和 c y p 1 c 2 等 每个亚基 由不同的 a hr亚型诱导 t c d d引起斑马鱼下颔短小可能与 s o n i c h e d g e h o g s h h 基因相关联 s h h基 因对下颔的生长发育 有重要作用 而随 t c d d浓度的增加 s h h基因的表 达量减少 这就抑制了 s hh基 因的表达 引起下颔部 细胞增殖降低 导致下颔的短小 还影响头部的其他 组织 还有人提出了激素 酶 离子等 t c d d作用机理 t c d d是一种激素 干扰物 梁勇等 2 0 0 4 通过研究 t c d d和苯并芘对原代培养鲫鱼 c a r a s s i u s a u r a t u s 肝 细胞 中卵黄蛋白原诱导的影响 建立 了一种类雌激 素体外实验模型 由于 a h r在卵巢中出现 t c d d可 能通过受体介导的基因转录 从而影响卵巢发育和降 低生殖能力 此外 t c d d还会干扰下丘脑一 垂体一 性 腺 h p g 调节机制或雌激素代谢 t e r a o k a等 2 0 0 9 提 出 t c d d诱导环 氧酶 c y c l o o x y g e n a s e c o x 导致 斑马鱼胚胎中脑循环障碍 h u a n g 等 2 0 0 7 报道 环 氧酶 c o x 2的抑制作用导致发育 中的斑马鱼的心脏 畸形 wu等 2 0 0 8 则从 t c d d侵染组的斑马鱼胚胎 c y p i a水平先升后降的实验结果推测 t c d d诱导的 水肿可能是由于存在 c a 调 节蛋 白质的作用 增加 了 细胞内自由 c a 的水平 致使细胞水和电解质平衡失 调 水分不能排 出或排出减少 导致水肿 在斑马鱼 胚胎中 t c d d提高了细胞内 c a 水平的同时 触发 了由 c a 介导的核酸内切酶的活性 结果导致了细胞 的凋亡 总之 t c d d一方面抑制了机体抗氧化物酶基因 的转录和表达 引发了大量氧 自由基 o 2 和脂质过氧 化物的产生 导致氧化应激反应 危害机体 另一方面 t c d d又同 a h r结合 诱导相关基 因特别是 c y p的 表达而引起危害 然而 由于 t c d d毒性作用机制非 常复杂 至今还有许多问题没有完全清楚 如分子机 制中基因表达产物如何发挥作用 蛋 白激酶激活后如 何产生毒性效应 a hr存 于机体的生理作用和 内源 性配体等还有待进一步研究 换言之 t c d d对鱼类 和其他生物的毒性机理研究 虽然取得 了重要 的进 展 然而尚待进一步阐明 垒塑箜 三茎羞 一 二嗯英对鱼类胚胎发育影响的研究进展 3预 防 t cd d对鱼 类胚胎 的影响 3 1 保护受精卵免受 t c d d影响 由于鱼类受精卵的孵化是在体外进行 的 因此 保持受精卵孵化 的水环境免受二嗯英污染 对预防 t c d d影响鱼类胚胎是至关重要的 为此 扩大环保 宣传 加强全民的环保意识 自觉地保护环境 控制污 染源 减少 以至防止 t c d d排放是最根本的措施 一 方面要减少与含氯相关 的化工厂 农药厂 造纸工业 的氯气漂 白等过程的废水废气的排放 如利用斯托克 装置进行发电和处理二嗯英 禁止生产有机氯化合物 等 另一方面应该注重研究 改进技术 加强对垃圾的 科学管理和处理 进行科学填埋 堆肥 垃圾的分类 回 收利用以及科学焚烧 如用新的垃圾焚烧技术 斯 托克焚烧技术 新的非焚烧 医疗废物处置技术 脉 动高压蒸气灭菌一 破碎等 修复 t c d d污染的水体 也是减少对鱼类胚胎影 响的措施之一 目前 通过吸附 挥发 水解 光解 生 物 富集和生物降解等过程对 t c d d等二嗯英进行迁 移转 化的方法 主要有 高温溶解 光催化 光化学分 解 微生物分解 超临界流体法等 催化降解是 目前研 究 的热点 其中以光解和生物降解为主 目前 i s h i i 等 2 0 0 9 正在开发使用二嗯英降解真菌波氏假 阿利什 菌f p s e u d a l l e s c h e r i a b o y d i i p b o y d i i 1 的生物反应器 系 统处理二嗯英污染的土壤或水 并成功地运用到以波 氏假阿利什菌降解 t c d d的现有数学模型 中 这可以 在生物反应器系统的设计中评定波氏假阿利什菌降 解 t c d d的速率 生物降解污染水体及其沉淀物中的二嗯英类是 一 项引人关注的补救技术 用植物进行修复是近年发 展的一项主要用于清除环境中有毒污染物的绿色修 复技术 与物理 化学和微生物方法相比 植物修复以 太阳能为动力 节省能源 操作简便 不会带来二次污 染 而且具有修复 保护 美化环境的功能 同时 植物 可促进生物化学反应酶的活力 可通过微生物源酶的 作用分