DBTCL暴露干扰早期胚胎发育过程中的母源-合子转变及线粒体功能

《Food and Chemical Toxicology》:DBTCL exposure disrupts maternal-zygotic transition and mitochondrial function during early embryonic development

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年10月20日 来源:Food and Chemical Toxicology 3.2

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   摘要二丁基氯化锡(DBTCL)是一种普遍存在的环境污染物。先前的研究已证实其具有生殖毒性,但其对胚胎发育过程的确切影响尚未完全阐明。本研究旨在探讨DBTCL暴露对小鼠早期胚胎发育的影响。本研究结果表明,DBTCL暴露导致早期胚胎发育停滞。通过转录组测序发现,DBTCL暴露改变

  

摘要

二丁基氯化锡(DBTCL)是一种普遍存在的环境污染物。先前的研究已证实其具有生殖毒性,但其对胚胎发育过程的确切影响尚未完全阐明。本研究旨在探讨DBTCL暴露对小鼠早期胚胎发育的影响。本研究结果表明,DBTCL暴露导致早期胚胎发育停滞。通过转录组测序发现,DBTCL暴露改变了小鼠2细胞胚胎的整体基因表达谱。它抑制了合子基因组激活和母源性mRNA的降解过程,从而阻断了母源-合子转换(MZT)。此外,在DBTCL处理下线粒体功能也受到损害,表现为线粒体分布紊乱、线粒体膜电位下降以及ATP合成减少。DBTCL处理胚胎中活性氧和超氧阴离子水平的升高表明DBTCL触发了氧化应激。此外,暴露于DBTCL的胚胎表现出DNA损伤显著增加。这些变化伴随着抑制性组蛋白标记H3K9me3、H3K27me2和H3K27me3的减少,这可能也与观察到的MZT变化有关。总之,这些发现突显了DBTCL抑制早期胚胎发育的潜力,为阐明其发育毒性机制提供了关键的实验证据。

引言

内分泌干扰物(EDCs)是一类外源性物质,可干扰生物体中激素的合成、分泌、运输、结合或代谢活性。EDCs广泛分布于自然环境和人类生产日常生活中,已成为威胁全球公共卫生的主要环境关切之一(Colborn et al., 1993; Yilmaz et al., 2020)。有机锡化合物作为典型的EDCs,由于其独特的化学活性,被广泛用于农业杀虫剂、工业防腐剂、聚氯乙烯(PVC)稳定剂和船舶防污涂料中(DeWitt et al., 2005; Gajda and Jancso, 2010)。随着大规模生产和应用,有机锡通过工业排放和产品渗漏不断进入环境,成为全球环境污染物(Zhang et al., 2021)。例如,有机锡防污涂料的滥用污染了海洋和淡水生态系统,在水生生物和海鲜中检测到二丁基锡(DBT)、三丁基锡等其他有机锡的残留物(Lau, 1991)。其中,二丁基氯化锡(DBTCL)作为DBT的主要衍生物,主要用作PVC产品的热稳定剂。它通过与聚合物分解过程中释放的盐酸形成稳定的络合物来抑制塑料老化和降解(Boyer, 1989)。由于PVC材料在食品容器和包装中的广泛应用,DBTCL可通过食品接触、饮用水和室内灰尘轻易进入人体(DeWitt et al., 2005; Lu et al., 2022)。除食品接触材料外,DBTCL可从PVC饮用水管道迁移到自来水中,并积聚在室内灰尘中,两者共同构成了不可忽视的人类慢性低剂量暴露途径(Forsyth et al., 1993; Fromme et al., 2005)。迄今为止,已在人体血液、肝脏和其他组织样本中检测到DBTCL残留物(Forsyth et al., 1993; Nielsen and Strand, 2002, Bancon-Montigny et al., 2004; Fromme et al., 2005; Brown et al., 2017),表明存在潜在的人类暴露风险。
根据世界卫生组织(WHO)的数据,人体每日锡的总摄入量范围为0.2至17 mg/kg(WHO, 1980),1 μM(0.304 mg/L)的浓度完全处于此范围内。人群生物监测数据显示,人体血液中DBT的浓度约为0.01–0.05 μM(Kannan et al., 1999),膳食DBT的暴露估计约为每人0.45 μg(Toyoda et al., 2000)。重要的是,DBT可选择性地在胚胎中蓄积,在致畸剂量母鼠的胚胎中浓度高达720 ng/g(≈2.37 μM)(Ema et al., 2003)。体外研究表明,DBTCL在0.033 μM(10 ng/mL)的浓度下即可引起大鼠胚胎的发育毒性(Ema et al., 2003)。
现有研究已验证了DBTCL的多种毒性效应,包括胚胎毒性、免疫毒性、胎盘毒性和内分泌干扰活性(Nielsen and Strand, 2002, Brown et al., 2017; Sifakis et al., 2017; Zhang et al., 2018)。就生殖毒性而言,妊娠早期暴露于DBTCL会显著降低大鼠的孕酮水平,破坏妊娠的启动和维持,并导致着床失败(Ema et al., 2003)。同时,DBTCL引起绒毛尿囊膜胎盘损伤并延缓胎儿胎盘分室的发展,导致宫内生长受限(Furukawa et al., 2017)。在男性生殖系统中,DBTCL通过下调类固醇生成酶基因和蛋白质的表达,干扰Leydig细胞的形成和再生,抑制Leydig细胞增殖并损害Sertoli细胞功能(Ma et al., 2024)。在女性生殖系统中,DBTCL引起纺锤体异常和线粒体功能障碍,这破坏了减数分裂发育并降低了小鼠卵母细胞成熟的质量(Lu et al., 2022)。此外,DBTCL暴露会引起小鼠的发育畸形,包括腭裂、舌僵硬和脊柱发育不良(Ema et al., 1991)。然而,目前尚不清楚DBTCL如何随时间影响女性生殖器官的形态和功能,以及其通过哪些分子过程破坏胚胎发育从而影响生殖结果。
早期胚胎发育是指从受精卵分裂、桑椹胚形成到囊胚成熟的一系列高度协调的生物学过程,这些过程依赖于精确调控的遗传控制和表观遗传修饰网络(Lee et al., 2014; Palmer and Kaldis, 2016; Ma et al., 2024)。在哺乳动物受精的初始阶段,合子基因组处于转录非活跃状态,早期胚胎发育在很大程度上依赖于卵母细胞成熟过程中积累的母源成分(Nishimura et al., 2023)。随着发育进行,胚胎经历MZT,其核心事件是合子基因组激活(ZGA)和母源性基因降解(MGD)(Chen et al., 2023)。ZGA代表胚胎发育的调控控制从母源成分转变为合子基因组的转变,是胚胎发生中第一个转录激活事件,使合子基因产物逐渐替代母源储备并启动全能性程序和后续的差异化过程(Taubenschmid-Stowers et al., 2022)。在此转换过程中,胚胎经历动态的表观遗传重编程,包括染色质重塑、组蛋白修饰和DNA甲基化状态的改变(Hamazaki et al., 2017; Sotomayor-Lugo et al., 2024; Zhang et al., 2025)。这些表观遗传调控事件共同介导母源成分清除和合子基因激活的精确控制,最终赋予受精卵全能性(Eckersley-Maslin et al., 2018)。MZT是胚胎发育中特别脆弱的阶段,即使轻微的外源性干扰也可能引发不可逆的后果,包括发育停滞、致畸和胚胎致死(Sha et al., 2019)。MZT窗口以大规模转录激活和表观遗传重编程为特征,因此对环境污染物高度敏感,这些污染物即使低剂量也可干扰合子转录和染色质稳态。MZT破坏是环境污染物损害生育力和胚胎存活性的重要机制。
尽管已有研究证实了DBTCL明确的生殖和发育毒性,但其对哺乳动物早期胚胎发育的具体影响及其潜在分子机制尚未完全阐明。特别是,据我们所知,目前没有已发表的研究阐明DBTCL是否以及如何干扰植入前胚胎的母源-合子转换。弥补这一空白对于理解DBTCL触发的最早胚胎毒性事件至关重要,也是本研究的新颖之处。在本研究中,我们证明了DBTCL暴露通过诱导MZT阻滞、DNA损伤、氧化应激、异常组蛋白变化以及线粒体功能障碍导致小鼠胚胎发育停滞。

章节摘要

实验动物

安徽医科大学实验动物中心和辽宁长生生物技术有限公司提供五周龄雌性昆明(KM)小鼠。所有小鼠均属于同一KM近交系;从两家供应商获得的动物在相同条件下饲养,并随机分配至实验组和对照组,以最大程度减少潜在的供应商相关变异。在后一设施中,所有动物均可无限获取食物和水。在整个过程中

抗体和试剂

补充表1包含了本研究中使用的所有必需化学品的完整清单,而补充表2总结了每种抗体的特征和来源。

DBTCL暴露抑制小鼠早期胚胎发育

为研究DBTCL暴露对小鼠早期胚胎发育的影响,我们在添加0.5、1和1.5 μM DBTCL的KSOM培养基中培养受精小鼠卵母细胞以评估发育阶段(图1A)。结果表明,0.5 μM DBTCL对2细胞(对照组,91.9% ± 7.33%,n = 3;0.5 μM组,94.67% ± 5.51%,n = 3)和4细胞胚胎(对照组,88.63% ± 10.06%,n = 3;0.5 μM组,78.63% ± 12.65%,n = 3)的形成无显著影响,但

讨论

DBTCL在先前研究中已被初步证实具有生殖毒性(Lu et al., 2022)。然而,DBTCL对哺乳动物早期胚胎发育的具体影响和分子过程仍然未知。在本研究中,我们检查了DBTCL的胚胎毒性及相关信号通路。在2细胞胚胎中,观察到DBTCL暴露导致线粒体功能障碍和氧化应激,从而导致DNA损伤和异常组蛋白

CRediT作者贡献声明

徐祖颖:撰写——审阅与编辑,验证,监督,资源,项目管理,数据管理,概念构思。孙艳:撰写——原始草稿,可视化,方法学,调查研究,形式化分析。付菲菲:撰写——原始草稿,方法学,调查研究,形式化分析,数据管理。马聪:可视化,项目管理,方法学。曹云霞:撰写——审阅与编辑,监督,资源,项目管理,概念构思。

未引用文献

Ema et al., 1992; Schumacher et al., 2021.

伦理声明

本研究按照ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指南进行。本研究获得安徽医科大学动物研究中心伦理委员会批准。

资金

本研究得到国家重点研发计划(编号:2023YFC2705504)和国家自然科学基金(编号:82301862)的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系,这些可能影响本论文中报告的工作。
孙艳|付菲菲|丁智明|吴彩云|马聪|曹云霞|项慧芬|徐祖颖
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