多組學聯合分析之，蛋白組學和脂質組學聯合揭示環境汙染對大西洋鱈魚的影響
海洋環境處於持續的汙染壓力下，除了石油和天然氣等海上作業外，還有大量來自陸地汙染源的汙染物，包括工業農業活動以及汙水排放。其中兩類較為豐富的環境汙染物主要包括多環芳烴（PAH）和全氟烷基物質（PFAS）。已在海洋生物，包括幾種魚類和海洋哺乳動物中，檢測到PAHs和PFASs。將幾種硬骨魚暴露於PAHs和PFASs，發現有毒害影響，例如發育毒性、行為異常和生殖系統破壞。關於PAHs和PFASs結合時如何發揮毒性的研究還很少。
在環境毒理學中，生物標誌物被用作化學暴露的敏感的早期預警訊號。PAH暴露常見的生物標誌物包括透過啟用芳基烴受體（Ahr）誘導的細胞色素P450 1A（Cyp1a）、DNA加合物的形成和DNA片段化，以及膽汁中PAH代謝產物的積累。PFAS暴露的特定生物標誌物尚不明確，評估肝臟組織中抗氧化酶活性、能量代謝和DNA穩態的變化可提供有關PFAS毒性的有價值的資訊。因此，透過蛋白質組學和脂質組學等高通量方法有助於瞭解毒性機制並提供PFAS暴露的潛在生物標誌物。
大西洋鱈魚（Gadus morhua）在環境毒理學中被越來越多地用作模型生物。本研究的目的是研究暴露於PAHs和PFASs的環境相關混合物中的大西洋鱈魚的生物學反應。研究中的低劑量混合物基於野生大西洋鱈魚肝臟中報告的PAHs和PFASs濃度，高劑量混合物為低劑量濃度的二十倍（20x）。爲了確認暴露，在鱈魚肝中測量了累積的PFAS，而在膽汁中測量了PAH代謝產物。對肝臟樣品進行蛋白質組學分析以研究肝蛋白質組的變化，並對肝臟微粒體組分進行脂質組學分析以研究脂質代謝的變化。此外，還評估了白細胞中的生物學反應，例如DNA片段化、氧化應激和內分泌破壞。
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雜誌：Aquatic Toxicology
影響因子：4.344
發表時間：August 2020
文章連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0166445X20303404
摘要
本研究的目的是研究多環芳烴（PAHs）和全氟烷基物質（PFASs）的確定混合物在與環境相關的低劑量（1×= L）或高劑量（20×= H）下，對大西洋鱈魚（Gadus morhua）的生物學反應的影響。為此，進行了為期兩週的體外實驗，在第0天和第7天透過腹膜內注射使養殖的幼體鱈魚暴露。總共有10組魚樣本（n = 21-22）：兩個對照組，四個單獨的PAH和PFAS混合物（L，H）暴露組，以及四個PAH和PFAS混合（L / L，H/ L，L / H，H / H）組。身體負擔分析證實了鱈魚肝中PFASs和膽汁中PAH代謝產物的劑量依賴性積累。對於三個PAH / PFAS聯合暴露組（L-PAH / H-PFAS，H-PAH / L-PFAS，H-PAH / H-PFAS），肝體指數（HSI）顯著降低。對肝蛋白質組的分析表明，與脂質降解相關的途徑受PFAS暴露的影響很大，包括脂肪酸降解途徑中的酶上調，例如脂肪酸β-氧化。在H-PFAS暴露組中，脂質分解代謝途徑中酶的丰度增加與三醯基甘油（TGs）含量的降低平行，表明在大西洋鱈魚中PFAS增加了脂質分解代謝。PFAS暴露也誘導了氧化應激的標誌物，包括過氧化氫酶和谷胱甘肽S-轉移酶活性。僅發現暴露組與對照組之間cyp1a和acox1基因表達、血漿中卵黃原蛋白濃度、Cyp1a蛋白合成和DNA片段化的微小差異和非顯著差異。總之，研究者結合蛋白質組學和脂質組學分析表明，PFAS可能會破壞大西洋鱈魚的脂質穩態。
主要結果
富爾頓條件因子(CF)和肝體指數(HSI)是顯示生長效能的引數，研究比較對照組和暴露組的CF時，沒有發現顯著差異；然而，與對照組相比，L-PAH / H-PFAS，H-PAH / L-PFAS和H-PAH / H-PFAS組的HIS顯著降低（p <0.05）。研究肝蛋白質組學時，對於PFAS組，在對照組和暴露組（L-PFAS和H-PFAS，p = 0.005，q值<0.125）之間的比較中，前111種差異表達的蛋白質被用於分層聚類，L-PFAS和H-PFAS組的許多蛋白質顯示出相似的表達特徵，這表明資料中存在劑量反應趨勢。對前111種差異表達（p = 0.005，q值<0.125）蛋白質中的76種進行了通路和網路分析，發現顯著富集的途徑主要與能量代謝有關，特別是過氧化物酶體和線粒體脂質分解代謝途徑，還與氨基酸代謝途徑和過程有關。基因富集分析確定了一個顯著富集的途徑，FATTY_ACID_METABOLISM，該途徑包含脂肪酸降解途徑（例如脂肪酸β-氧化）中幾種酶的上調。肝臟微粒體組分脂質組學分析，鑑定得到130種分屬於9個不同脂質亞家族的脂類。當將不同暴露組的肝臟中的脂質譜與對照組進行比較時（圖S8），只有H-PFAS組的脂質組與對照組有顯著差異，生成的42個VIP > 1顯示一些TG相對減少，一些磷脂隨之增加。研究還發現單獨暴露於PAH不會影響Cat和Gst的活性，而L-PFAS組會導致兩種酶的活性顯著（p <0.05）誘導。對於cyp1a和acox1基因表達、血漿中卵黃原蛋白濃度、Cyp1a蛋白合成和DNA片段化這幾種生物標誌物，沒有觀察到或只有很少的影響。
暴露於PAHs和PFASs的大西洋鱈魚的生長效能
暴露於L-PFAS和H-PFAS與對照的鱈魚肝臟中差異最大的蛋白質的雙向分層聚類
L-PFAS和H-PFAS組鱈魚肝臟中差異表達的76種蛋白質的STRING相互作用網路
暴露於PAHs和PFASs的大西洋鱈魚肝臟中的Gst和Cat活性
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