基于秀丽隐杆线虫的毒物致肠损伤筛查技术研究

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目前关于肠道损伤评估的研究多局限于大鼠和细胞模型,少见秀丽隐杆线虫作为模式生物(Caenorhabditis elegans,C.elegans)用于肠道损伤评估的报道。而C.elegans作为模式生物具有如下生物学特点:体积小;生活史短;易于培养与操作;与人类基因同源性高;无毒无害;广泛应用于毒物的毒性检测与评估。此外,C.elegans在研究肠道损伤方面具有独特优势:身体透明;肠道经染料染色后易于观察;线虫肠细胞与人类肠上皮细胞有相似的形态特征。因此,本研究进行模型化学物致C.elegans肠道损伤检测技术的探索,建立了基于C.elegans的环境毒物致肠道损伤筛查技术。第一部分肠损伤模型化合物致C.elegans死亡的剂量-反应关系研究目的:确定肠损伤模型化合物致C.elegans死亡的剂量-反应关系。方法:L4期C.elegans分别暴露于不同浓度的模型化合物[葡聚糖硫酸钠盐(Dextran sodium sulfate,DSS)、无水乙醇、十二烷基硫酸钠(Sodium dodecyl sulfate,SDS)、脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)、葡萄糖]溶液中24 h,于光学显微镜下计数C.elegans死亡数目,设置3个平行孔,每孔C.elegans数目控制在60-80条。试验重复3次。C.elegans死亡标准为运动能力丧失,身体僵直或呈杆状,铂丝触碰无反应。选用Probit回归分析计算模型化合物致C.elegans的24h-LC1(one percent of lethal concentration,1%致死浓度)、24 h-LC10(ten percent of lethal concentration,10%致死浓度)、24 h-LC50(median lethal concentration,半数致死浓度)。结果:1.DSS、无水乙醇、十二烷基硫酸钠、LPS、葡萄糖致C.elegans死亡的剂量-反应关系曲线呈现S型。2.模型化合物致C.elegans 24 h-LC1分别为DSS组(3.4%±0.9%;g/m L)、无水乙醇组(3.1%±0.6%;v/v)、SDS组(6.2±1.1;mg/L)、LPS组(0.07±0.02;mg/m L)、葡萄糖组(133.6±17.3;mmol);24 h-LC10分别为DSS组(15.7%±1.8%;g/m L)、无水乙醇组(4.2%±0.3%;v/v)、SDS组(45.7±9.8;mg/L)、LPS组(0.3±0.05;mg/m L)、葡萄糖组(375.1±12.8;mmol);24 h-LC50分别为:DSS组(32.7%±2.4%;g/m L)、无水乙醇组(5.9%±1.1%;v/v)、SDS组(146.9±22.3;mg/L)、LPS组(3.2±0.3;mg/m L)、葡萄糖组(671.3±21.4;mmol)。结论:肠损伤模型化合物致C.elegans死亡的剂量-反应关系为后续肠道通透性检测技术研究的剂量设置提供了依据。第二部分建立基于C.elegans的肠通透性检测技术目的:建立基于C.elegans的肠通透性检测技术。方法:将染毒体系中DSS浓度设置为2%、4%、8%、16%、32%,染毒时间为24 h,染毒结束后用K溶液清洗C.elegans,接着分别用亮蓝和低分子量荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖(Fluorescein isothiocyanate-dextran,FD-4)染色C.elegans,试验过程中用浓缩大肠杆菌OP50作为线虫的食物。染色后的C.elegans在培养基(Nematode Growth Medium,NGM)上恢复一段时间,分别以肠道外亮蓝染色百分比、单条C.elegans的FD-4平均荧光强度为指标评价C.elegans的肠道损伤程度。在此试验流程的基础上,对试验条件(OP50浓度、亮蓝和FD-4浓度与染色时间、染色后C.elegans的恢复时间)进行了优化。结果:1.当染色体系为200μL时,将对照组单条线虫平均荧光强度定为1,加入10μL OD=1的菌液的单条线虫荧光强度(3.4±0.3)强于加入5μL菌液的单条线虫平均荧光强度(2.5±0.4)。2.FD-4染色浓度为0.5%时的单条线虫平均荧光强度与对照组相比有统计学差异(P<0.05)。3.当在NGM板上恢复30 min时,8%DSS组单条线虫平均荧光强度与对照组相比有统计学差异(P<0.05)。结论:基于C.elegans的肠通透性检测技术的试验条件确定为:OD=1的OP50菌液浓度为5%;亮蓝、FD-4的染色终浓度分别为5%、0.5%;染色时间为3 h;NGM板上恢复时间为45min。第三部分肠损伤模型化合物致C.elegans肠道损伤研究目的:验证基于C.elegans的肠道损伤检测技术的可靠性。方法:利用本研究第二部分建立的肠通透性检测技术评价DSS、无水乙醇、十二烷基硫酸钠、LPS、葡萄糖致C.elegans的肠损伤能力。对于葡萄糖试验组,为避免葡萄糖高渗效应对C.elegans生理状态的影响,额外增加了对应浓度的甘露醇作为对照,其余受试物均以K溶液饲养的线虫作为对照。数据分析采用SPSS 21.0软件包,检验水准为P<0.05。结果:1.随着染毒剂量的增大,DSS、无水乙醇、SDS、LPS、葡萄糖诱导C.elegans肠道外亮蓝染色百分比增大,单条C.elegans的FD-4平均荧光强度增大。2.上述五种物质低剂量组肠道外亮蓝染色百分比分别为:2%DSS组(5.0%)、2%无水乙醇组(17.2%)、1 mg/L SDS组(9.5%)、0.025 mg/m L LPS组(13.9%)、12.5 mmol葡萄糖组线虫肠道无外染;中剂量组肠道外亮蓝染色百分比分别为:8%DSS组(70.3%)、4%无水乙醇组(57.1%)、25 mg/L SDS组(54.2%)、0.1 mg/m L LPS组(73.7%)、200 mmol葡萄糖组(17.5%);最高染毒剂量组肠道外亮蓝染色百分比分别为:32%DSS组(94.5%)、6%无水乙醇组(84.4%)、125 mg/L SDS组(77.9%)、3 mg/m L LPS组(100.0%)、400 mmol葡萄糖组(30.9%)。结论:C.elegans作为模式生物可检测出具有不同肠道毒性机制的模型化合物对肠道的损伤作用。本研究建立的基于C.elegans的肠损伤检测技术可用于环境毒物致肠道损伤潜能筛查。
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