17α-乙炔基雌二醇对河口鱼类Fundulus heteroclitus发育和性腺分化的影响

《Journal of Experimental Zoology Part A: Ecological and Integrative Physiology》：Effects of 17α-Ethinylestradiol on Development and Gonadal Differentiation in the Estuarine Mummichog, Fundulus heteroclitus

斑马鱼胚胎期接触合成雌激素EE2会加速雌性性腺分化，导致雌性比例显著增加，并伴随骨骼畸形和死亡率上升。后期暴露（幼鱼期）对性分化的影响较小，但会干扰精子发生。基因表达分析显示，雄性生殖腺中与雌性促进相关的基因（cyp19a1a, foxl2, gdf9）上调，而雄性促进基因（dmrt1）下调，与性腺发育异常相关。研究揭示了斑马鱼性分化的关键敏感期及环境雌激素的长期效应。

　　在鱼类中，性别决定和性腺发育受到多种遗传和环境因素的调控。为了深入理解这些过程以及外源性激素对鱼类性别形成和性腺发育的影响，研究者对一种广泛分布于北美东海岸盐沼和河口区域的鱼类——河口斑鳍鱼（*Fundulus heteroclitus*）进行了实验研究。该研究通过暴露于合成雌激素17α-乙炔雌二醇（EE?）来探讨其对性腺分化的影响，并尝试明确其在胚胎发育过程中对性别决定的敏感期。

### 性别决定与性腺发育的复杂性

鱼类的性别决定和性腺发育是一个高度复杂的过程，涉及多种遗传和环境因素的交互作用。性别决定通常决定了发育路径，而性腺分化则控制了在性别已确定后性腺的发育。虽然已知许多基因在性别决定和性腺分化过程中起关键作用，例如控制女性发育的*cytochrome P450 19A1a（cyp19a1a）*、*forkhead transcription factor 2（foxl2）*、*bone morphogenetic protein 15（bmp15）*和*growth and differentiation factor 9（gdf9）*，以及促进男性发育的*double sex and Mab-3 related transcription factor 1（dmrt1）*和*anti-mullerian hormone（amh）*，但这些基因在不同物种中的作用时间与机制仍存在显著差异。此外，性别决定的敏感期和性腺发育受到内源性激素和外源性内分泌干扰物的影响，这些干扰物可能通过模拟或拮抗内源性激素来干扰正常的发育过程。

### 实验设计与方法

在本研究中，采用了两个实验来探讨EE?对斑鳍鱼性别决定和性腺发育的影响。在第一个实验中，斑鳍鱼胚胎在受精后8小时内被收集，并在10周内持续暴露于不同浓度的EE?（最高为229 ng/L）。控制组的斑鳍鱼在受精后3周即可完成性腺分化，形成睾丸或卵巢，且性别比例接近1:1。而暴露于EE?的鱼则在1周后显示出性腺分化加速的现象，性别比例显著向雌性倾斜，达到80%至100%的鱼出现卵巢组织。值得注意的是，EE?暴露不仅加速了性腺分化，还导致了骨骼异常和死亡率的显著增加，但对鱼体长度没有明显影响。

在第二个实验中，研究者对受精后24小时孵化的斑鳍鱼幼鱼进行为期5周的EE?暴露，浓度分别为0.4 ng/L（对照组）、2.5 ng/L（低剂量）和18.0 ng/L（高剂量）。对照组的性别比例保持在50:50，而EE?暴露组的性别比例没有明显变化。然而，研究发现，EE?对性腺发育的某些方面产生了影响，例如在雄性鱼中，*dmrt1*基因的表达水平下降，而*cyp19a1a*、*foxl2*、*gdf9*和*amh*基因的表达水平上升。相比之下，雌性鱼的性腺发育未受到EE?的显著影响，这表明不同性别的斑鳍鱼对EE?的反应可能存在差异。

### 结果与分析

在第一个实验中，暴露于高浓度EE?的斑鳍鱼显示出较高的死亡率，特别是在250 ng/L组中，平均死亡率达到了34%。而低浓度组的死亡率相对较低，控制组的死亡率仅为18%。同时，高浓度EE?暴露导致了骨骼异常的增加，如脊柱侧弯和脊柱前凸。这些结果表明，EE?对斑鳍鱼的早期发育具有显著的负面影响。

在第二个实验中，虽然EE?对性别比例没有显著影响，但其对性腺发育的某些方面产生了影响。在雄性鱼中，*dmrt1*基因的表达受到抑制，而*cyp19a1a*、*foxl2*、*gdf9*和*amh*基因的表达则有所增强。这些变化表明，EE?可能干扰了雄性性腺的正常发育过程，导致精子生成受阻和组织结构异常。相比之下，雌性鱼的性腺发育未受到EE?的显著影响，这可能是因为雌性性腺在发育过程中对EE?的敏感性较低。

### 讨论与启示

本研究揭示了斑鳍鱼在不同发育阶段对EE?的反应存在显著差异。在胚胎发育的早期阶段，EE?对性别决定和性腺分化具有较强的干扰作用，尤其是在性腺分化初期，外源性雌激素可能导致性腺完全向卵巢方向发展。而在孵化后，斑鳍鱼的性别已经确定，此时EE?对性腺发育的影响较小，主要体现在精子生成的受阻和组织结构的异常。这一发现对于理解鱼类性别决定的机制具有重要意义，也提示我们应关注胚胎发育早期阶段的环境激素暴露对性别形成的影响。

此外，研究还发现，斑鳍鱼对EE?的敏感性相对较低，这可能与其在自然环境中对内分泌干扰物的适应性有关。与其他常见的模式鱼（如胖头鱼和斑马鱼）相比，斑鳍鱼在较低浓度的EE?暴露下仍能维持正常的性别比例和性腺发育。这可能意味着斑鳍鱼在性别决定过程中具有一定的耐受性，或者其性别决定机制对内分泌干扰物的反应更为迟缓。

### 性别决定的机制与影响

性别决定是一个复杂的生物过程，受到多种因素的影响。在斑鳍鱼中，性别决定似乎发生在胚胎发育的早期阶段，且在孵化前已经完成。这与许多其他鱼类的性别决定机制不同，后者可能在孵化后仍然受到内分泌干扰物的影响。研究还发现，不同浓度的EE?对性别决定和性腺发育的影响存在差异，这提示我们应关注不同剂量下环境激素对鱼类发育的具体作用机制。

此外，研究还揭示了性腺发育过程中不同基因的表达模式。例如，在雄性鱼中，*dmrt1*基因的表达受到抑制，而*cyp19a1a*、*foxl2*、*gdf9*和*amh*基因的表达则有所增强。这些变化可能反映了EE?对雄性性腺发育的干扰作用，尤其是在精子生成过程中。而在雌性鱼中，这些基因的表达没有明显变化，这可能意味着雌性性腺对EE?的反应更为稳定。

### 未来研究方向

本研究的结果为进一步探索斑鳍鱼性别决定和性腺发育的机制提供了重要的线索。然而，仍有许多问题需要进一步研究。例如，EE?在不同浓度下的具体作用机制是什么？不同性别对EE?的反应是否存在差异？斑鳍鱼在自然环境中的性别决定是否也受到其他环境因素的影响？此外，研究还应关注不同物种之间的比较，以更好地理解环境激素对鱼类性别决定的普遍影响。

总之，本研究通过两个实验揭示了EE?对斑鳍鱼性别决定和性腺发育的影响，为理解环境激素对鱼类生殖系统的潜在危害提供了重要的数据支持。这些发现不仅有助于我们更好地认识斑鳍鱼的生物学特性，也为环境保护和生态毒理学研究提供了新的视角。