Chemosphere林豊益：纳米铜毒理评价新体系——活体斑马鱼皮肤细胞排氢排铵速率

转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟

NMT作为生命科学底层核心技术，是建立活体创新科研平台的必备技术。2005年~2020年，NMT已扎根中国15年。2020年，中国NMT销往瑞士苏黎世大学，正式打开欧洲市场。

基本信息

主题：纳米铜毒理评价新体系——活体斑马鱼皮肤细胞排氢排铵速率

期刊：Chemosphere

影响因子：5.778

研究使用平台：NMT斑马鱼创新科研平台

标题：Exposure to copper nanoparticles impairs ion uptake, and acid and ammonia excretion by ionocytes in zebrafish embryos

作者：台湾师范大学林豊益、Chih-Ying Lee

检测离子/分子指标

^{H^⁺、NH₄^⁺}

检测样品

斑马鱼胚胎皮肤离子细胞

摘要

铜纳米颗粒（CuNPs）对鱼类早期阶段的潜在毒性尚不清楚，关于其对离子细胞及相关功能的影响也知之甚少。本研究使用斑马鱼胚胎作为模型来研究CuNPs对两种亚型离子细胞的毒性作用。斑马鱼胚胎暴露在0.1、1和3 mg L^-1 CuNPs中96 h。暴露后，≥0.1 mg L^-1时全身Na⁺和Ca²⁺含量显著降低，而≥1 mg L^-1时K⁺含量降低。当≥1 mg L^-1时，皮肤分泌的H⁺和NH₄⁺明显减少。当CuNPs≥0.1 mg L^-1时，用若丹明-123标记的活离子细胞数量显著减少。用免疫组织化学法标记富含H⁺-ATPase（HR）和富含Na⁺/K⁺-ATPase（NaR）的离子细胞亚型在≥1 mg L^-1时呈下降趋势。通过扫描电子显微镜发现离子细胞的顶端开口的收缩。功能损伤还反映在基因表达的变化上，包括离子转运蛋白/通道和Ca²⁺调节激素。该研究表明，CuNPs暴露可损害斑马鱼胚胎中两种亚型的离子细胞及其相关功能，包括Na⁺/Ca²⁺吸收和H⁺/NH₄⁺分泌。

离子/分子流实验处理方法

纳米铜颗粒（CuNPs）处理斑马鱼胚胎96 h

离子/分子流实验结果

使用非损伤微测技术（NMT）检测斑马鱼胚胎皮肤离子细胞对H⁺和NH₄⁺的分泌。

林豊益《NMT在斑马鱼离子细胞的应用：从生理到环境毒理》

如图1A所示，H⁺和NH₄⁺分泌水平通过计算卵黄囊和背景溶液之间（距离10 mm）的浓度梯度（Δ[H⁺]和Δ[NH₄⁺]）来测量。先前的研究表明卵黄囊皮肤中有丰富的离子细胞，其测量值可以反映离子细胞的功能。胚胎暴露于CuNPs 96 h后，1和3 mg L^-1CuNPs组的H⁺和NH₄⁺分泌水平被显著抑制（图1B, C）。H⁺分泌减少了29%（1 mg L^-1）和30%（3 mg L^-1）。NH₄⁺分泌减少了47%（1 mg L^-1）和61%（3 mg L^-1）。

图1. 斑马鱼胚胎暴露于CuNPs 96 h后的H⁺和NH₄⁺分泌

其他实验结果

CuNPs处理会使斑马鱼胚胎Na⁺、K⁺、Ca²⁺含量下降，但0.1 mg L^-1的CuNPs处理没有改变K⁺含量。
CuNPs处理后斑马鱼皮肤离子细胞密度显著下降。
免疫组织化学方法观察HR和NaR细胞亚型的密度发现，CuNPs处理会导致HR和NaR细胞密度下降。
用扫描电镜分析了细胞顶端表面的超微结构，对照组HR细胞顶膜呈碎屑状，CuNPs处理组却发现了小凹坑。通过对细胞顶端表面的面积分析后发现，1和3 mg L^-1CuNPs处理使细胞顶端表面的尺寸明显减小。

结论

本研究表明，CuNPs处理对鱼类的早期阶段具有潜在的风险。CuNPs可损伤离子细胞中离子通道/转运蛋白的功能，破坏离子细胞的顶端结构，甚至导致离子细胞死亡，进一步导致离子严重流失、代谢酸/氨积累，最终导致鱼类死亡。

测试液

AFW, 300 mM3-(n-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) buffer, 0.1 mg L^-¹ ethyl3-aminobenzoate methanesulfonate(tricaine)

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653520322463

关键词：离子调节；酸碱调节；氨分泌；鱼；幼鱼

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