PAMPs和TDCIPP联合暴露使斑马鱼肝脏结构损伤明显加重,细胞排列疏松、间隙增大、索状结构消失,细胞间质增加,出现大规模的核萎缩、溶解和胞质溶解现象,组织坏死形成空洞。
上述观察结果与肝体指数下降、氧化损伤和炎症因子水平结果是一致的。
GC-MS/MS分析共检测到60种肝脏代谢物,主要包括糖类、脂肪酸、氨基酸、脂类、小分子酸和胆固醇等。
PCA结果显示,空白组(Control)、PA、0.4μg·L-1TDCIPP()、2μg·L-1TDCIPP(T2)和0.4μg·L-1TDCIPP+PA()处理组呈现聚集趋势,而10μg·L-1TDCIPP(T10)、2μg·L-1TDCIPP+PA(PA-T2)和10μg·L-1TDCIPP+PA(PA-T10)这3个处理组之间相关性较高,表明PA和低、中浓度TDCIPP单一暴露组斑马鱼肝脏代谢产物成分和含量与空白对照相似,而高浓度TDCIPP及中、高浓度复合暴露组中代谢物成分和含量与空白存在明显差异,表明PA共存显著增强TDCIPP对斑马鱼肝脏内源代谢过程的干扰作用。

代谢物
Metabolites
空白对照
Control
PA
T2
T10
PA-T2
PA-T10
9,12-十八碳二烯酸9,12-octadecadienoicacid
88703051
166174261
117952040
148747956
156411202
169352468
270283296
552565263
二十二碳六烯酸
Docosahexaenoicacid
357151002
678925343
283011169
297604156
268932644
309980112
628425446
1136430373
二十碳五烯酸
Eicosapentaenoicacid
271640960
503566417
280390966
263868256.4
272103910
516269493
553604701.1
740589052
亚麻酸
Linolenicacid
88554679
150772110
99353784
181922221
181990221
197822012
325093529
599174706
十八碳烯酸
Octadecenoicacid
119596900
93053265
155674072
147260082
214456722
234551098
310353784
442260082
亚油酸
Linoleicacid
191469614
306390815
222041051
260593961
309668649
310468429
386804028
680394009
肉豆蔻酸
Myristicacid
135116292
111972140
121545996
164001008
118572223
130996972
340940646
236419273
棕榈酸
Palmiticacid
192434646
150283679
196749596
147456605
167034327
167971307
610462753
706175086
花生四烯酸
Arachidonicacid
549812784
888597205
668971121
685654935
598041681
669595904
1238563282
6276436744
十六碳烯酸
Hexadecenoicacid
32476093
49546749
34285264
25136122
39307804
99656822
115609988
148922221
尸胺
Cadaverine
2324788931
2317194611
2290887111
898001111
167526762
1600981121
613011169
260295323
L-半胱氨酸
L-cysteine
538015125
559022111
538900111
221244588
174349389
453389000
250390966
181352969
甘氨酸
Glycine
605478478
749337614
717081168
547456605
526286447
593995840
233796923
218310513
异亮氨酸
Isoleucine
363613203
313884357
286804028
247309785
129129032
309603103
241661228
123072982
氧化脯氨酸
5-oxoproline
743763083
586044522
619097366
541255290
504707331
534244054
85146458
82789965
L-丙氨酸
L-alanine
164231861
101894525
128425446
125776121
126558862
100031746
152011056
68308639
精氨酸
Arginine
447625294
441815925
409800121
378925647
325187222
351759672
164897095
53610051
谷氨酸
Glutamate
327297628
301262243
283604701
212601003
209685057
275989518
85077907
25683825
L-谷氨酰胺
L-glutamine
260295323
259115112
209855631
142504268
108315198
172534979
117081167
66419273
L-亮氨酸
L-leucine
234728381
177421907
157783211
159332913
126837432
129003211
230090578
191469614
L-赖氨酸
L-lysine
468992631
494088868
640940646
510419507
218624335
282598613
364032725
201741851
L-蛋氨酸
L-methionine
90535402.1
96317120
104622753
141546653
35645843
91770999
88537877
80394010
L-正亮氨酸
L-norleucine
230923757
252396708
228001311
105405772
20891114
189900321
136286048
84034138
L-鸟氨酸
L-ornithine
340692298
379642533
308563282
290592347
269157758
301986153
203001465
151745086
L-苯丙氨酸
L-phenylalanine
155419685
194555846
156309988
187937562
141249855
108744321
99097366
51916691
L-脯氨酸
L-proline
164669240
145395535
132582289
113326016
111760141
109696241
97283296
76087975
L-苏氨酸
L-threonine
254141918
307781706
258586238
145760775
120372687
220509423
208425446
58853490
L-酪氨酸
L-tyrosine
255749806
281352969
288759978
141045156
156114913
284726332
183604701
108758249
L-缬氨酸
L-valine
239439570
218310513
203110849
264895445
148023434
200466105
162550909
73849084
腐胺
Putrescine
310888022
301741851
307741298
325237566
242331906
230324806
170375072
129582680
丝氨酸
Serine
554275106
558758249
517216662
59209590
438391581
464553992
448720588
144225313
延胡索酸
Fumaricacid
212018109
120747956
227371348
182164139
133771421
156452241
72476093
43218837
阿拉伯糖
Arabinose
117314790
170166455
116199368
108992111
98990211
108945111
89596900
75589669
纤维二糖
Cellobiose
2153271436
1620467862
1610952168
1476901211
380863709
1469312246
1143045989
234728381
吡喃葡萄糖
Glucopyranose
119835809
123676967
106363588
124188400
47631760
98003211
28703051
10092631
酮戊二酸
2-oxoglutarate
1704539393
1689001111
1404371167
1392616713
1006609690
878336335
549812784
90535402
吡喃甘露糖
Mannopyranose
221809617
176087975
165553341
136670911
100656791
151003638
91516676
20923757
甘露糖
Mannose
246671903
191096286
195013207
178055469
88041082
187881642
65953422
55419685
果糖
Fructose
1873370159
1775424857
1700921111
1679002111
1110891132
1563200111
604040428
164669240
半乳糖二酸
Galactaricacid
172426388
169002111
133796923
120990134
102651324
133454592
82194066
54141918
半乳糖醇
Galactitol
76390436
54925393
51661228
48932111
42442515
48900213
33271436
25574980
呋喃半乳糖
Galactofuranose
272220202
202497730
198001561
174463545
108933211
173652101
111773722
89439570
半乳糖
Galactose
700901121
675261022
585146458
437464641
236877676
572255055
117314790
69631951
山梨醇
Sorbitol
262955641
296916426
220981132
209912111
138524579
249013211
66463225
33572159
葡萄糖酸
Gluconicacid
396305854
317554202
452011056
317951518
133090011
318836978
112220202
15116292
葡萄糖
Glucose
5705869478
3053335082
5988540874
2365518083
2538583507
5405421162
2262955641
310888022
乳糖
Lactose
547069011
482789965
521155748
436122730
328363235
487900122
91318527
54086643
甲基半乳糖苷
Methylgalactoside
106792657
198308639
116497893
77987885
65091222
113437021
55869478
22729186
丙酮酸
Pyruvate
127196038
80011113
121704534
125386416
98383234
99990242
19797788
12434646
琥珀酸
Succinicacid
1071916691
490021111
988001255
401035678
590446553
695036060
547069011
239386666
异柠檬酸
Isocitrate
217291628
129582680
211291535
205599589
108288735
178998385
68342701
11313991
棕榈酸单甘油酯
1-monopalmitin
293828013
278153852
256554778
286389428
461623372
214525771
816363588
902442515
氨基丁酸
4-aminobutanoicacid
117448945
127604156
108066417
127053994
135237050
171350501
406609690
602497730
乙酸
Aceticacid
386887814
375026519
280734234
245508195
531750734
452521350
358583507
508524579
胆固醇
Cholesterol
169534221
150469810
226491786
281955011
441158284
252789062
674349390
673286230
肌酸酐
Creatinine
604040428
571654625
710558637
593130101
917919962
1056946498
978041082
1054367093
甘油
Glycerol
400710855
316041108
414897095
420593961
973286230
373922639
2178925343
3726286447
单硬脂酸甘油酯
Glycerolmonostearate
91537500
90000419
85077907
164001008
164367093
84589263
224671903
369164192
乳酸
Lacticacid
143722382
226255592
120283296
123695554
83541301
241008951
202103910
220692003
尿素
Urea
280554917
271353871
263205118
220019258
204790321
298000211
202651324
140737788

以差异倍数(处理组/对照组)≥1.5或≤0.66为标准筛选显著差异的代谢物,并导入进行代谢路径富集分析,结果显示,单一PA暴露显著抑制三羧酸循环(TCAcycle)过程、丙酮酸代谢(pyruvatemetabolism)、糖酵解与糖代谢(glycolysis/gluconeogenesis)以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢(alanine,aspartateandglutamatemetabolism)。
单一的TDCIPP暴露显著抑制肝脏半乳糖代谢(galactosemetabolism)、TCA循环以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,这些结果表明PA或TDCIPP胁迫主要抑制斑马鱼肝脏能量的合成,同时影响糖代谢中间产物氨基酸的合成过程。

然而,在PAMPs和TDCIPP复合处理组中,斑马鱼肝脏TCA循环、丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸代谢(argininebiosynthesis)、谷胱甘肽代谢(glutathionemetabolism)和D-谷氨酰胺D-谷氨酸代谢(D-glutamineandD-glutamatemetabolism)等过程均显著下调,与此同时,不饱和脂肪酸代谢(biosynthesisofunsaturatedfattyacids)路径明显上调,相比于单独的PAMPs或TDCIPP,二者复合暴露对与抗氧化物质(如GSH、氨基酸)生物合成和炎症反应相关的不饱和脂肪酸等的代谢干扰显著加剧。

本研究将PA(100μg·L-1)、不同浓度TDCIPP(0.4、2和10μg·L-1)及其二者复合后暴露于成年斑马鱼,通过系统比较不同处理组斑马鱼肝脏发育、氧化应激、炎症因子、TDCIPP富集量及内源代谢物的变化,探究环境相关浓度MPs对TDCIPP诱发斑马鱼肝脏毒性效应的影响及其分子机制。
研究结果表明,100μg·L-1PA和低浓度(0.4μg·L-1和2μg·L-1)TDCIPP暴露未对斑马鱼体长、体质量和肝体指数产生明显影响,10μg·L-1TDCIPP会导致斑马鱼体质量降低,同时PA共暴露显著增强TDCIPP对斑马鱼体长、体质量和肝脏生长的抑制作用。

前期研究证实,PAMPs可吸附水体中的TDCIPP(饱和吸附容量为0.363mg·g-1),作为载体增强TDCIPP在斑马鱼肠道内的富集;因吸附态TDCIPP在肠道流体内可以快速解吸,PA显著促进了TDCIPP向鱼体生殖器官的迁移。
本研究对肝脏内TDCIPP定量分析发现,相对于单一TDCIPP暴露,PA共存导致斑马鱼肝脏TDCIPP富集量增加了1.3倍~1.7倍,再次证实PAMPs在TDCIPP生物转运过程中的载体作用。
Zhao等研究发现纳米PS可促进TDCIPP在斑马鱼成鱼体内的富集并向子代迁移。
因此,PAMPs促进TDCIPP的肝脏富集量是联合暴露诱发明显斑马鱼肝脏损伤的原因。

然而,相反的报道指出,PAMPs吸附双酚A、壬基酚和菲后,复合体的团聚和沉降行为降低水相中有机物的浓度,进而缓和了有机物对大型蚤(Daphniamagna)[10]、小球藻(Chlorellapyrenoidosa)和淡水甲壳类动物(Gammarusroeseli)的毒性效应。
MPs从水体转运到以上受试生物体内的方式有差异,本研究中PAMPs增强TDCIPP对斑马鱼的肝脏毒性,与斑马鱼易于摄食负载TDCIPP的MPs颗粒物导致靶器官内TDCIPP含量高有关。
鉴于MPs与共存有机物的复合生物效应是微塑料-有机物-生物体三元体系中不同相互作用过程的结果,我们进一步探讨了MPs影响TDCIPP肝脏毒性作用的相关机制。

肝脏作为生物新陈代谢、异物解毒和有害物质排泄的主要器官,是众多有毒有害化合物的毒性作用靶器官,而活性氧、抗氧化物和炎症因子是肝脏损伤的敏感生物标记物。
本实验研究发现,100μg·L-1PA和10μg·L-1TDCIPP单独暴露导致斑马鱼肝脏ROS水平、SOD及GPx活性升高,但是MDA含量无显著变化,表明PA和TDCIPP单独暴露均诱发氧化应激但是并没有形成明显的氧化损伤,而PA和TDCIPP联合暴露导致斑马鱼肝脏出现显著的氧化应激和氧化损伤,主要表现为肝脏ROS水平和脂质过氧化物MDA的含量明显增高。
研究表明,MPs的毒性靶器官与其粒径密切相关。

例如,100μg·L-1的PSMPs(粒径≦1μm)暴露使斑马鱼肝脏和性腺组织内ROS水平升高,扰乱鱼类的抗氧化防御系统,诱发明显的氧化损伤。
然而,粒径5μm的MPs则很难穿透肠道上皮细胞进入鱼的内脏器官,粒径为5μm的PS可以在斑马鱼鳃、肝脏和肠道中积累,20μm的PS仅在鱼鳃和肠道中积累。
本研究中,PA粒径为1~20μm,平均粒径为(15.2±7.4)μm,大部分塑料颗粒无法转运进入肝脏细胞,这可能是同样浓度PAMPs暴露没有诱导斑马鱼肝脏出现明显氧化损伤的原因。
因此,二者联合暴露诱发斑马鱼出现更为严重的肝脏氧化损伤,这可能主要由PA促进TDCIPP肝脏富集导致的。

单一TDCIPP暴露组未观察到明显炎症反应,单一PA处理组中肝脏炎症因子IL-6的含量显著升高,然而100μg·L-1PA和10μg·L-1TDCIPP复合组中TNF-α和IL-6含量相比空白组分别提高50.3%和94.3%(),表明PA显著加强了TDCIPP对斑马鱼肝脏免疫系统的影响。
氧化应激和炎症反应会引起肝脏出现病理学损伤,最终导致肝排泄和解毒功能异常。
实验研究发现,10μg·L-1的TDCIPP处理对鱼体肝脏组织结构无明显影响,单一PA处理后斑马鱼肝细胞基质变淡,出现轻微的细胞核萎缩变形、核溶解和组织坏死情况。
二者复合暴露后,肝脏结构损伤明显加重,细胞排列疏松,间隙增大,大量的细胞核萎缩、溶解,组织坏死、空洞现象出现。





