长期四环素暴露导致黑腹果蝇VPS13失调、脂质积累及生理功能障碍

《Chemico-Biological Interactions》：Chronic tetracycline exposure resulted in VPS13 dysregulation, lipid accumulation, and physiological impairments in Drosophila melanogaster

　　

摘要

由于抗生素在医药、水产养殖和畜牧业中的广泛使用，其在环境中被大量检出。其中，四环素（TC）被认为是一种重要的环境污染物，具有相当大的生态和公共卫生影响。通过受污染的食物、水和土壤持续暴露于TC，会导致体内TC残留物的积累，可能对人类健康产生不利影响。为了评估这些效应，我们以果蝇（Drosophila melanogaster）作为模式生物。我们的研究发现，慢性暴露于1 mg/ml的TC会破坏代谢和内分泌稳态，表现为胸腺形态改变、蜕皮激素生物合成基因spo、phm和dib表达降低以及20-羟蜕皮激素水平显著下降。这些变化与发育延迟和繁殖力降低有关。TC暴露还增加了脂滴积累，升高了TAG和葡萄糖水平，缩短了寿命，并损害了运动功能。此外，TC处理的果蝇表现出VPS13表达降低、线粒体碎裂、Drp1、Pink1、Parkin和Atg8a表达增加、氧化应激增强、抗氧化防御减弱以及细胞凋亡增加。分子对接和分子动力学模拟进一步表明TC与VPS13的脂质结合区域之间存在潜在相互作用。综上所述，这些发现表明慢性TC暴露与果蝇中脂质和内分泌稳态改变、线粒体功能障碍、氧化应激以及生理功能受损有关。观察到的VPS13表达降低，结合计算相互作用分析，提示VPS13可能与TC暴露相关的生物学反应有关；然而，仍需进一步的实验研究来建立直接的机制关系。

章节摘要

引言

抗生素常用于治疗和预防人类和动物的疾病，以及提高牲畜、家禽和鱼类的饲料效率。预计到2030年，动物饲料中的全球抗生素消费量将超过20万吨，而发展中国家在2013年已贡献了全球抗生素消费总量的近一半[1]。抗生素，包括TC，无论是口服还是注射给药，体内代谢均较差。它们以完整形式通过尿液和粪便排出

果蝇品系与饲养

果蝇（D. melanogaster）Oregon R品系在含有标准培养基的培养瓶中维持，该培养基每100 ml包含0.8 g琼脂、4 g蔗糖、2.5 g酵母、5 g玉米粉、300 μl丙酸和500 μl尼泊金[16]。为阻止微生物污染，在培养基呈半固态时加入尼泊金和丙酸。待培养基凝固后，每个培养瓶放入五只雄性和七只雌性，在常规环境条件下（25 ± 1 °C，60%湿度，

TC通过降低20-羟蜕皮激素水平来延迟发育并降低繁殖力

以产卵到成虫羽化的时间间隔来计算发育速率。在TC补充饲料中饲养的果蝇在0.5和1 mg/ml浓度下发育分别延迟24和36小时，而0.1 mg/ml浓度下发育期无变化（图1a）。此外，蛹和成虫的孵化率用于监测发育缺陷。从双因素方差分析中观察到，1和0.5 mg/ml浓度下的蛹数量为

TC暴露导致发育延迟和繁殖力降低

最初，TC被视为一种抗生素；然而，它现在被描述为一种环境污染物40, 41, 42。这一观点的形成得益于众多关于TC对各种生物体影响的精妙研究。例如，TC对水生生物如大型溞（Daphnia magna）斑马鱼（Danio rerio）和金鱼（Carassius auratus）表现出急性毒性[42]。同样据报道，一种半合成TC类似物米诺环素以剂量依赖方式抑制果蝇幼虫发育并延迟化蛹

结论

本研究表明，慢性TC暴露会破坏果蝇的代谢和内分泌稳态。TC暴露改变了胸腺形态，降低了蜕皮激素生物合成基因spo、phm和dib的表达，并显著降低了20E水平，为观察到的发育延迟和繁殖力降低提供了潜在解释。此外，TC处理促进了脂滴积累，升高了TAG和葡萄糖水平，并诱导了

CRediT作者贡献声明

Monalisa Mishra：写作——审阅与编辑、可视化、验证、监督、调查、概念化。Monalisha Ojha：方法学、数据整理。Devi Prasanna Behera：方法学、数据整理。Suman Jha：写作——审阅与编辑、可视化、验证。Harekrushna Sahoo：写作——审阅与编辑、可视化。Priyatama Behera：写作——原稿撰写、方法学、形式分析、数据整理

利益冲突声明

作者没有利益冲突。

伦理声明

由于果蝇是无脊椎动物，本研究不需要伦理审批。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

6. 致谢

P.B.感谢印度鲁尔凯拉国立技术研究院中央研究设施的共聚焦激光扫描显微镜。此外，P.B.感谢印度大学拨款委员会的初级研究奖学金（UGC奖励编号 221610052028）。作者还感谢ANRF-PAIR提供的财政援助。BioRender.com提供的图形插图。

Priyatama Behera | Monalisha Ojha | Devi Prasanna Behera | Suman Jha | Harekrushna Sahoo | Monalisa Mishra

神经发育生物学实验室，生命科学系