斑马鱼中BDE-209及其衍生物DBDPE的器官特异性毒性差异分析

《Environmental Pollution》：Differential Organ-Specific Toxicity Profiling of BDE-209 and its derivative DBDPE in Zebrafish

溴代阻燃剂BDE-209与DBDPE在斑马鱼模型中的发育毒性、心脏毒性和肝毒性对比研究，发现BDE-209在0.25 mg/L显著降低生存率和孵化率并干扰心脏分化，而DBDPE虽无发育毒性但肝毒性更突出，二者毒性谱存在显著差异。

　　

周家琪|张长青|李志涵|范超|翟青峰|张梅华

山东第二医科大学公共卫生学院，中国潍坊261053

摘要

十溴二苯醚（BDE-209）及其替代品十溴二苯乙烷（DBDPE）是广泛应用于各种工业产品中的阻燃剂。由于它们的持久性和生物累积特性，BDE-209和DBDPE在环境和野生动物中大量存在。尽管先前的研究已经报道了它们的毒性，但对其毒性效应的系统性比较仍然有限。在这项研究中，我们使用斑马鱼模型全面评估并比较了BDE-209和DBDPE的发育毒性。我们的结果表明，即使在高达10 mg/L的浓度下，也未观察到DBDPE的发育毒性。相比之下，BDE-209在0.25 mg/L的浓度下显著降低了存活率和孵化率，尽管体长未受影响。虽然这两种化合物均未影响斑马鱼的心率或心脏功能，但BDE-209破坏了心脏分化，这通过心房和心室的异常形态得到了证实。此外，这两种化合物对血管发育或造血功能均未显示出可检测的毒性。值得注意的是，DBDPE在斑马鱼中引起的肝毒性比BDE-209更严重。转录组测序显示，DBDPE和BDE-209共享几个富集的信号通路，但它们都表现出不同的通路富集模式。总之，BDE-209和DBDPE表现出不同的毒性特征，BDE-209对发育的危害更大，而DBDPE的肝毒性更为明显。

引言

多溴二苯醚（PBDEs）是一类溴化阻燃剂（BFRs），广泛应用于建筑材料、纺织品、泡沫、家具、电子设备和塑料等各种工业和商业产品中1, 2。由于PBDEs没有与聚合物材料共价结合，它们容易渗入环境，包括空气3, 4、水5、土壤4, 6等。一旦释放，它们的持久性、疏水性和亲脂性使它们容易通过环境暴露转移到生物体内，从而在食物链中积累和生物放大7。在PBDE同系物中，十溴二苯醚（BDE-209）最为普遍。中国目前是全球最大的BDE-209生产和消费国8。毒理学研究表明，BDE-209可能导致多系统毒性9，包括发育毒性10、胚胎-胎儿毒性11、内分泌毒性12, 13、神经毒性14，甚至致癌性15。

随着PBDEs的禁用，新型溴化阻燃剂（NBFRs）的生产和应用逐年增加。十溴二苯乙烷（DBDPE）作为BDE-209的替代品，已成为最广泛使用的NBFR，并被大量添加到各种消费品中16。因此，在不同的环境介质中越来越多地检测到DBDPE17, 18, 19, 20，这引发了对其潜在毒理效应的担忧。尽管许多研究已经调查了DBDPE的生态风险，但关于人类暴露及其相关健康风险的研究仍然有限。现有的动物研究表明，DBDPE可能破坏甲状腺稳态21, 22并引起心血管毒性23、生殖和发育毒性24, 25以及肝毒性26。然而，目前还没有比较研究来评估DBDPE和BDE-209的相对毒性，并评估用DBDPE替代BDE-209的环境安全性。

斑马鱼（Danio rerio）已成为越来越优秀的毒理学研究模型。与哺乳动物相比，它因其外部发育、快速胚胎发生、光学透明性和易于处理等显著优势而受到青睐27。此外，它在心血管、神经和消化系统等关键系统上与人类具有相当大的形态和生理相似性28。经过特殊设计的转基因斑马鱼品系能够实时监测早期生命阶段的时空发育过程29。斑马鱼和人类之间的细胞结构和生化保守性有助于可靠预测可能对人类的影响。因此，我们使用斑马鱼模型来研究BDE-209和DBDPE对人类的潜在毒性风险。

在这项研究中，我们系统地评估并比较了BDE-209和DBDPE对斑马鱼胚胎发育的影响。BDE-209和DBDPE的暴露浓度是根据先前研究中的可用毒理学数据确定的7, 30。具体来说，斑马鱼胚胎暴露于相同浓度的BDE-209和DBDPE。我们对胚胎发育、心脏功能、红细胞生成、血管形成和肝脏发育的毒性效应进行了全面比较。我们的发现表明，BDE-209和DBDPE具有不同的毒性特征，BDE-209是一种更强的发育毒物，而DBDPE表现出更强的肝毒性。

部分摘录

化学品

DBDPE（CAS: 84852-53-9；纯度>96%）和BDE-209（CAS: 1163-19-5；纯度>98%）购自上海Macklin生化有限公司（中国上海）。二甲基亚砜（DMSO；CAS: 67-68-5；纯度>99.9%）购自北京Solarbio科技有限公司（中国北京）。通过将化合物溶解在DMSO中制备了储备溶液。测试溶液中DMSO的最终浓度不超过 0.05%（v/v）。

斑马鱼维护

野生型斑马鱼AB品系，转基因斑马鱼Tg

DBDPE在斑马鱼中没有表现出发育毒性

在这项研究中，首先在斑马鱼幼体中评估了BDE-209和DBDPE的发育毒性。野生型斑马鱼胚胎从2 hpf到72 hpf暴露于不同浓度的BDE-209或DBDPE。系统地评估了这两种化合物的发育影响，重点关注关键参数，包括体长、孵化率和存活率。值得注意的是，BDE-209和DBDPE均未在暴露的胚胎中引起可观察到的形态异常（图1A, B）。

讨论

DBDPE被视为比BDE-209毒性较低的替代品。然而，越来越多的证据表明，DBDPE表现出与BDE-209相当的生物累积和健康风险。随着BDE-209的禁用，中国每年DBDPE的产量稳步上升，2012年已超过BDE-209的产量36。因此，DBDPE在各种环境介质中的浓度有所增加，引发了对其日益增加的健康风险的担忧。尽管有限的研究比较了它们的毒性

结论

总之，这是第一项使用斑马鱼模型比较BDE-209和DBDPE引起的发育毒性的研究。我们的结果表明，在相同的暴露浓度下，BDE-209表现出更强的发育毒性和心脏毒性，而DBDPE表现出更强的肝毒性。这两种化合物均未影响血管发育或造血功能。值得注意的是，BDE-209和DBDPE不同的毒理学特征为它们的风险评估提供了宝贵的见解。

作者贡献声明

周家琪：撰写——原始草稿、方法学、研究、数据分析。张梅华：监督、项目管理、概念构思。翟青峰：监督、概念构思。范超：验证、方法学。李志涵：方法学、研究。张长青：撰写——审阅与编辑、项目管理、研究、资金获取、概念构思

资助

该项目得到了山东省妇幼保健健康协会青年科技创新项目（SFYZXJJ-2024001）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。