桂工：NMT发现PrP处理后食蚊鱼鱼鳃排K+表皮吸K+ 为PrP的水生生物毒理机制研究提供新证据

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

 

 

 

 

 

基本信息

主题：NMT发现PrP处理后食蚊鱼鱼鳃排K⁺表皮吸K⁺ 为PrP的水生生物毒理机制研究提供新证据

期刊：生态毒理学报

研究使用平台：NMT毒理创新平台

标题：对羟基苯甲酸丙酯对食蚊鱼（Gambusia affinis）鳃和表皮K⁺流速的影响

作者：桂林理工大学宋晓红、闫小雨

 

检测离子/分子指标

K⁺

 

检测样品

食蚊鱼，鱼鳃和鱼体表皮（鱼体背鳍往后5 mm）

 

 

中文摘要（谷歌机翻）

      食品、医药和化妆品等行业大量使用含有对羟基苯甲酸丙酯（propylparaben，PrP）的防腐剂导致其广泛分布于河流、空气和土壤等自然环境中。为探究PrP对鱼类的毒性作用，以食蚊鱼（Gambusia affinis）为模式生物，分别开展了急性毒性实验和K⁺流速检测实验。急性毒性实验中设置8种不同浓度的PrP溶液得到96 h半数致死浓度（96 h-LC₅₀）和安全浓度；在K⁺流速检测实验中利用非损伤微测技术（non-invasive micro-testtechnology，NMT）分别检测在3种不同浓度：96 h-LC₅₀/10（0.9 mg·L^-1）、96 h-LC₅₀/5（1.8 mg·L^-1）、96 h-LC₅₀/2（4.6 mg·L^-1）的PrP溶液瞬时暴露和96 h暴露后食蚊鱼表皮和鱼鳃的K⁺流速变化。急性毒性实验结果表明，PrP的96 h-LC₅₀为9.14 mg·L^-1，安全浓度为2.85 mg·L^-1；K⁺流速检测实验结果表明，随着PrP暴露浓度的升高，K⁺流速波动区间逐渐增大，且与暴露浓度成正相关；PrP瞬时暴露和96 h暴露后鱼鳃细胞均向外排出K⁺，具有剂量效应，K⁺外排速率随着浓度的升高而增大；与之相反，鱼体表皮细胞向内吸收K⁺，K⁺流速波动区间随着浓度的升高而增大，呈现一定的剂量效应。上述研究结果表明，PrP对鱼体有一定的毒性，会破坏鱼体内钠钾泵的离子转运功能，PrP毒性强度与暴露时间和暴露方式有关，比较实验中鱼体2种组织的细胞，鱼体表皮细胞抵抗PrP损伤的能力更强，鱼鳃细胞对PrP暴露更敏感，鱼鳃细胞K⁺流速的变化可以有效指示PrP的毒性效应，为进一步研究PrP对鱼类的毒性机制提供依据。

 

离子/分子流实验处理方法

①0.9 mg·L^-1、1.8 mg·L^-1、4 .6 mg·L^-1 PrP 实时处理。
②0.9 mg·L^-1、1.8 mg·L^-1、4 .6 mg·L^-1 PrP 暴露96 h。

 

 

离子/分子流实验结果

      在图1中，鱼鳃中的K⁺主要处于外排状态，其中0.9 mg·L^-1 PrP暴露前后K⁺流速差别不显著（P>0.05）；1.8 mg·L^-1 PrP暴露前后K⁺流速差别显著（P<0.01），PrP暴露后K⁺外排速率增大，波动幅度增大（图1b）；4.6 mg·L^-1PrP暴露前后K⁺流速差别显著（P<0.01）。图1d中暴露前各浓度组间无显著差别（P>0.05），暴露后低浓度组与空白对照组无显著差别（P>0.05），高、中、低3个浓度组间差别显著（P <0.01），随着PrP暴露浓度的增加，鱼鳃中的K⁺流速波动幅度增大，K⁺外排速率增加，呈现剂量效应；加药后10 min，4.6 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是0.9 mg·L^-1和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的14.03倍和2.10倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率是0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的6.64倍；加药后20 min，4.6 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是0.9 mg·L^-1和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的18.61倍和2.52倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率是0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的7.37倍。加药后第14 min时，4.6 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是0.9 mg·L^-1和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的21.3倍和2.7倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率是0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的8.2倍，14 min后各浓度组间K⁺流速差距不再增长趋于稳定。

 

 

图1. PrP瞬时暴露后食蚊鱼鱼鳃K⁺的流速变化。正值代表K⁺外排，负值代表K⁺吸收。

注: （a）、（b）和（c）分别表示不同浓度PrP（0.9、1.8和4.6 mg·L^-1）瞬时暴露下鱼鳃K⁺流速的波动情况,图中不同颜色的折线分别表示5条鱼鱼鳃的K⁺流速情况，（d）中每条折线表示不同PrP暴露组中5条鱼鱼鳃的K⁺流速的平均值。

 

 

      在图2中，鱼体表皮的K⁺主要处于内流状态，其中0.9 mg·L^-1 PrP暴露前后鱼体表皮K⁺流动情况差别不显著（P>0.05），90%的K⁺流速处于区间－400～200 pmol·cm^-2·s^-1 （图2a）；1.8 mg·L^-1 PrP暴露前后差别显著（P<0.01），暴露后K⁺内流速率和外排速率均增加，波动较大（图2b）；4.6 mg·L^-1 PrP暴露前后差别显著（P<0.01），暴露前鱼体表皮K⁺内流速率增大幅度大于增加的K⁺外排速率，波动区间范围增广（图2c）。图2d中低浓度组与空白对照组无显著差别（P>0.05），1.8 mg·L^-1和4.6 mg·L^-1处理组K⁺流速差异不显著（P>0.05），但均与0.9 mg·L^-1处理组差异显著（P<0.01），加药后10min，4.6 mg·L^-1暴露组K⁺内流速率是0.9mg·L^-1暴露组K⁺内流速率的5.45倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺内流速率是0.9mg·L^-1暴露组K⁺内流速率的4.59倍；加药后20 min，4.6 mg·L^-1暴露组K⁺内流速率是0.9mg·L^-1暴露组K⁺内流速率的4.35倍，1.8mg·L^-1暴露组K⁺内流速率是0.9 mg·L^-1暴露组K⁺内流速率的3.73倍。

 

图2.PrP瞬时暴露后食蚊鱼鱼体表皮K⁺的流速变化。正值代表K⁺外排，负值代表K⁺吸收。

注: （a）、（b）和（c）分别表示不同浓度PrP（0.9、1.8和4.6 mg·L^-1）瞬时暴露下鱼鳃K⁺流速的波动情况,图中不同颜色的折线分别表示5条鱼鱼鳃的K⁺流速情况，（d）中每条折线表示不同PrP暴露组中5条鱼鱼鳃的K⁺流速的平均值。

 

 

      在图3中，PrP 96 h暴露后食蚊鱼鱼鳃的K⁺主要处于外排状态（图3a）。在图3e中各浓度组间K⁺流速差别显著（P<0.01），K⁺外排速率随着暴露浓度的增大而增大，测定前10 min时4.6 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的9.70倍和1.21倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的8.03倍和1.93倍，0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率是空白对照组K⁺外排速率的4.17倍；测定10 min至20 min时4.6 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的10.81倍和1.37倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的7.87倍和3.31倍，0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率是空白对照组K⁺外排速率的2.38倍。

 

图3.PrP暴露96 h后鱼鳃K⁺的流速变化。正值代表K⁺外排，负值代表K⁺吸收。

注：（a）、（b）、（c）和（d）分别表示空白对照组和不同浓度PrP（0.9、1.8和4.6 mg·L^-1）暴露96 h后鱼鳃K⁺流速的波动情况，图中不同颜色的折线分别表示5条鱼鱼鳃的K⁺流速情况，（e）中每条折线表示空白对照组和不同PrP暴露组中5条鱼鱼鳃的K⁺流速的平均值。

 

 

      在图4中，PrP 96 h暴露后食蚊鱼鱼体表皮的K⁺主要处于内流状态。图4e中空白对照组和0.9 mg·L^-1 PrP暴露组K⁺流速无显著差异（P>0.05），其余各组间K⁺流速差异显著（P<0.01），K⁺流速跟暴露浓度出现正相关性，测定前10 min时4.6 mg·L^-1暴露组分别是空白对照组和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的6.50倍和1.27倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的5.11倍和5.03倍；测定10 min至20 min时4.6 mg·L^-1暴露组分别是空白对照组和1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的7.94倍和1.13倍，1.8 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率分别是空白对照组和0.9 mg·L^-1暴露组K⁺外排速率的7.03倍和7.38倍。

 

图4.PrP暴露96 h后鱼体表皮K⁺的流速变化。正值代表K⁺外排，负值代表K⁺吸收。

注: （a）、（b）和（c）分别表示不同浓度PrP（0.9、1.8和4.6 mg·L^-1）瞬时暴露下鱼鳃K⁺流速的波动情况,图中不同颜色的折线分别表示5条鱼鱼鳃的K⁺流速情况，（d）中每条折线表示不同PrP暴露组中5条鱼鱼鳃的K⁺流速的平均值。

 

 

其他实验结果

 

• 实验时间的延长，PrP对食蚊鱼的毒性效应提高且呈一定的时间-剂量效应，PrP的浓度与食蚊鱼反应之间的关系属于“S”型曲线关系。

 

 

结论

 

在本实验中，PrP暴露后鱼鳃细胞和鱼体表皮细胞的钠钾泵功能都受到了一定程度的损伤，不能维持细胞内K⁺的正常转运过程,鱼鳃细胞均向外排出K⁺，鱼体表皮细胞向内吸收K⁺，呈现一定的剂量效应，PrP对K⁺流速的影响与暴露时间、暴露方式有关。相比较而言，鱼体表皮细胞抵抗PrP损伤的能力更强，鱼鳃细胞对PrP引起的损伤更敏感，具有一定的指示作用。

 

 

测试液

鱼鳃测试液：149.4 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 0.1 mM CaCl₂, 0.98 mM MgCl₂, 0.81 mM MgSO₄, 5 mM D-半乳糖, 5 mM 丙酮酸钠

鱼体表皮测试液：151 mM NaCl, 0.5 mM KCl, 0.25 mM CaCl₂, 0.98 mM MgCl₂, 0.2 mM MgSO₄

 

 

NMT实验标准化方案

·毒理研究NMT标准化方案

 

 

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·活体培养环境监测仪

·智能自动化非损伤微测系统

 

 

原文链接：https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDAUTO&filename=STDL202103026&uniplatform=NZKPT&v=VMWwBY8OZXyfmIeyBG13sm4qUVWIaGPsDa9mDgZdHerLHJXKVfTz8J9%25mmd2F%25mmd2Fh0E4tZf

 

供稿：赵雪琦
编辑：杨爽
校稿：卻彦晗

 

关键词：对羟基苯甲酸丙酯；食蚊鱼（Gambusia affinis）；急性毒性；K⁺流速；动物/生医类