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为探究二甲双胍（Metformin）对水生生物胚胎发育的毒性及分子机制，研究人员以斑马鱼为模型开展研究。结果显示，高剂量二甲双胍会降低斑马鱼胚胎孵化率，增加畸形和死亡率。该研究为了解二甲双胍过量致死毒性机制提供依据，对相关领域研究意义重大。
在现代医学领域，二甲双胍作为治疗 2 型糖尿病的常用药物，近年来还被发现可用于多囊卵巢综合征（PCOS） 、癌症等疾病的治疗。随着其使用量不断增加，大量二甲双胍因代谢不完全被排放到水生环境中。然而，目前对于二甲双胍对水生生物胚胎发育的毒性影响及潜在分子机制了解有限。为填补这一知识空白，四川大学华西第二医院的研究人员以斑马鱼为模型开展研究，这一研究成果发表在《Scientific Reports》上。
该研究具有重要意义，不仅为二甲双胍过量的致死毒性机制提供了有价值的信息，还为后续在人类相关研究中提供了线索。研究人员在开展研究时，运用了多种关键技术方法。在实验动物处理方面，使用斑马鱼野生型 AB 品系，通过自然交配获取胚胎；在药物处理上，将不同浓度的二甲双胍微注射到斑马鱼 1 细胞期胚胎中；还运用了整体胚胎原位杂交（WISH） 、转录组学、代谢组学和脂质组学等技术对胚胎进行分析；统计分析则借助 GraphPad Prism 8.0 软件完成。
下面来看具体的研究结果：
- 畸形、死亡率和孵化率：研究发现，经二甲双胍处理的斑马鱼胚胎出现多种畸形，如尾巴和脊柱变形、卵黄变形等，且孵化延迟。在 24hpf 时，800mM 二甲双胍处理组的畸形率最高，达 78% 。各实验组在 24hpf 内胚胎死亡率都较高，48hpf 时，除 50mM 组外，其他组生存率均低于 50% 。72hpf 后，200mM 和 400mM 处理组生存率分别降至 12% 和 10% ，800mM 组仅为 1% 。24hpf 时，二甲双胍对斑马鱼胚胎的半数致死浓度（LC50）为 339.8mM 。在孵化率方面，72hpf 时胚胎孵化率显著下降，3dpf 时，400mM 和 800mM 组孵化率分别降至 50% 和 33% 。这些结果表明，高剂量二甲双胍会不同程度阻碍早期胚胎发育。
- 整体胚胎原位杂交：对注射 339.8mM 二甲双胍的胚胎进行分析，在 5hpf 时，其背侧组织者标记物（gsc）显著增加，腹侧中胚层组织者标记物（eve1）减少，这意味着二甲双胍改变了背腹侧细胞的命运，扩大了背侧区域。在 70% 外包期时，内胚层标记物（sox17）和神经前体标记物（sox2）表达水平下降，说明二甲双胍影响了胚胎胚层的分化和重要器官的形成。
- 转录组学：与对照组相比，二甲双胍处理导致 2660 个转录本差异表达，其中 1625 个上调，1035 个显著下调。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析表明，这些差异表达基因（DEGs）主要涉及代谢途径，以及坏死性凋亡、病毒致癌作用、范可尼贫血和 ABC 转运体等相关途径。基因本体论（GO）富集分析显示，24 个生物学过程、15 个细胞成分和 12 个分子功能相关基因的表达发生显著改变。DEGs 还涉及神经系统、造血系统、轴突、心血管系统和视神经发育系统等多个生物系统。
- 代谢组学和脂质组学：代谢组学分析发现，与对照组相比，二甲双胍处理导致 87 种差异表达代谢物，其中 34 种上调，53 种显著下调；在负离子模式（NEG）下，有 90 种差异表达代谢物，48 种上调，42 种显著下调。KEGG 富集分析确定了脂肪酸生物合成、β - 丙氨酸和 D - 精氨酸代谢等相关代谢途径。脂质组学分析（KEGG 富集）结果显示，脂质组主要涉及癌症中的胆碱代谢、次生代谢产物的生物合成和逆行内源性大麻素信号传导。
- 二甲双胍对合子基因组激活的影响：合子基因组激活（ZGA）是发育生物学中的关键过程，标志着受精卵内源性基因组的激活。研究观察到，二甲双胍处理后，合子基因组激活的六个簇中 RNA 水平发生明显变化，在母源早期和晚期显著增加，而在合子期早期和晚期显著下降，还有两个半稳定基因簇也发生显著变化，表明高剂量二甲双胍破坏了早期胚胎的 ZGA。
综合研究结论和讨论部分，二甲双胍在多种新兴应用中发挥作用，但高剂量的二甲双胍对斑马鱼胚胎发育具有明显毒性。它会导致胚胎发育模式和形态特征改变，影响胚胎的孵化时间，还会干扰细胞周期调控、背腹轴形成和集合管酸分泌等关键通路。此外，研究还发现二甲双胍对胚胎的影响与癌症相关的代谢改变存在潜在联系，如癌症中的胆碱代谢对胚胎致死率有影响，嘌呤代谢也与胚胎发育密切相关。该研究为进一步探究二甲双胍过量暴露的潜在毒性机制提供了重要依据，有助于后续在人类相关研究中深入了解二甲双胍对胚胎发育的影响，为相关疾病的防治和环境风险评估提供参考。
