当前位置：首页 > 详细信息 中国农业大学王成菊课题组揭示琥珀酸脱氢酶抑制剂类杀菌剂啶酰菌胺引起斑马鱼生殖毒性的调控机制
作者：luojiao 发布时间：2021/4/2 10:00:00撰文 | 钱乐
图1 啶酰菌胺、参照化合物（E2和imazalil）与靶蛋白（zfER和zfCYP19）之间的相互作用模式的评估
图2 啶酰菌胺造成斑马鱼生殖毒性的潜在机制
中国农业大学理学院博士生钱乐为论文的第一作者，王成菊教授和蒋家珍副教授为论文的共同通讯作者。
琥珀酸脱氢酶抑制剂类杀菌剂（SDHIs）、氨基甲酸酯类、苯并咪唑类、三唑类和甲氧基丙烯酸酯类是目前效果较好的四大类农用杀菌剂。其中，SDHIs是针对植物寄生性真菌使用最广泛的活性物质，通过阻断线粒体复合体II中的泛醌结合位点来特异性抑制真菌呼吸。由于SDHIs具有独特的作用方式和作用部位，广谱、高效的特点以及与其他杀菌剂（甲氧基丙烯酸酯类，苯并咪唑类或嘧啶胺类）没有交互抗性，因此，SDHIs近几年得到迅速发展和广泛使用，已成为目前增长速度最快的农用杀菌剂。然而随着其广泛应用以及水环境中残留的增加，其对水生生物的影响不容忽视。
中国农业大学理学院王成菊课题组一直致力于农药安全性、生态评价研究。近几年，该课题组以斑马鱼作为模式动物，对此类药剂的毒性效应和机理进行深入研究。前期的研究发现噻呋酰胺、氟酰胺，吡噻菌胺和啶酰菌胺均对斑马鱼早期生命阶段造成发育毒性；噻呋酰胺引起斑马鱼成鱼肝线粒体损伤和糖代谢紊乱；啶酰菌胺破坏斑马鱼视觉和神经系统从而导致神经行为反应异常。
啶酰菌胺是SDHIs中代表性种类，广泛用于北美和欧洲的多种农作物，并在沉积物，地表水和地下水中被频繁检出。先前的研究报道了啶酰菌胺（5 mg/L）会降低甲壳类生物大型溞（Daphnia magna）的蜕皮频率，减少产溞的数量以及每头雌溞的育雏数量。环境相关浓度的啶酰菌胺（1- 40 μg/L）暴露会损害两栖类动物（Allorchestes compressa）繁殖力，导致无妊娠雌性或子代出现。这些研究表明，啶酰菌胺会对无脊椎动物的生殖产生不利影响。但是，关于啶酰菌胺对鱼类和其他脊椎动物的内分泌干扰作用或生殖毒性的信息仍然有限。该课题组前期的研究发现啶酰菌胺暴露会导致斑马鱼成鱼肝中的胆固醇含量显著降低，这可能会影响斑马鱼体内甾体激素的下游合成。
近日，该研究团队在Environmental Science & Technology上发表文章Exposure to Boscalid Induces Reproductive Toxicity of Zebrafish by Gender-Specific Alterations in Steroidogenesis，进一步揭示了啶酰菌胺（boscalid）诱导斑马鱼体内类固醇生物合成以性别特异性的方式发生显著变化，进而对斑马鱼生殖造成不利影响。
通过测定环境相关浓度的啶酰菌胺暴露对斑马鱼的繁殖力，性腺组织，性激素含量以及下丘脑-垂体-性腺-肝（HPGL）轴相关基因转录水平的影响，利用皮尔逊相关系数分析得到干扰性激素合成的关键基因（cyp19a/b和era/2b），采用分子对接技术进一步评估受关键基因调控的蛋白分子（芳香化酶CYP19和雌激素受体ER）与啶酰菌胺、参照化合物（雌二醇E2和抑霉唑imazalil）之间可能的相互作用模式（图1），从而揭示该药剂对斑马鱼潜在的内分泌干扰作用机制。
图1 啶酰菌胺、参照化合物（E2和imazalil）与靶蛋白（zfER和zfCYP19）之间的相互作用模式的评估
结果表明，啶酰菌胺可能具有弱的雌激素结合效应或CYP19抑制作用，可能会改变HPGL轴，从而降低雌性斑马鱼中的雌二醇（E2）浓度和繁殖力（图2）。相反，啶酰菌胺显著诱导了雄性斑马鱼中E2类固醇生成和随后性腺组织的雌性化，表现出性别特异性的有害结局路径。
图2 啶酰菌胺造成斑马鱼生殖毒性的潜在机制
越来越多的SDHIs，包括氟酰胺、吡唑萘菌胺、苯并烯氟菌唑和氟唑环菌胺，被证明对斑马鱼具有内分泌干扰风险。该研究进一步证实了SDHIs对鱼类内分泌干扰作用，并揭示了导致鱼类生殖毒性的潜在靶器官和内分泌干扰机制，为进一步明确该类药剂对鱼类内分泌干扰的作用靶器官和毒性机理研究奠定了基础。同时，该研究也进一步强调了斑马鱼脑和性腺中CYP19也是内分泌干扰化学物的潜在靶标之一，并首次提供了斑马鱼CYP19的同源建模方法和模建蛋白，为具有类似作用机制的内分泌干扰化合物的前期体外筛选提供参考。
中国农业大学理学院博士生钱乐为论文的第一作者，王成菊教授和蒋家珍副教授为论文的共同通讯作者。