基于内质网应激的新型检测细胞株构建及应用

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Lynn_lin
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环境中污染物种类众多,基于活体动物的毒性危害评估方法实验周期长,体外细胞毒性评价方法则具有试验周期短、成本低、作用机制易于探明等优势,但现在体外细胞毒性评价的效应终点多集中在细胞个体、细胞器等水平,评估的敏感性和通量有待进一步提高。近年来,报告基因技术的发展为水环境污染物健康风险的快速简便评估提供了可能。报告基因技术具有便捷、可靠、灵敏度高和适用于大规模检测等优点,但复合环境污染物毒性评估应用中的报告基因技术多针对某一特定生物效应进行检测,无法反应综合毒性水平。基于文献调研发现内质网应激是细胞毒性的早期响应指标,可作为新型报告基因启动子选择的目标。基于以上背景,本研究拟结合分子生物学研究热点,寻找高灵敏度、可实时监测的、与内质网应激相关的报告基因启动子,构建人源细胞的报告基因检测体系,开发快速、简便的复合污染物毒性评估技术,为新型污染物的快速毒性筛查、饮用水等复合型微污染水体的健康风险评价提供新的检测手段。具体研究结果如下:(1)基于文献调研,选用与内质网应激直接相关的CCAAT/增强子结合蛋白同源蛋白(CCAAT/enhancer-binding protein-homologous protein,CHOP)基因及便于检测的分泌型碱性磷酸酶(secreted alkaline phos-phatase,SEAP)报告基因,构建CHOP基因启动子SEAP报告基因重组质粒,运用慢病毒转染技术,将目的基因整合至Hela细胞基因组内,构建CHOP基因启动子SEAP报告基因Hela细胞体系(Hela/CHOP细胞)。构建过程中各载体和CHOP基因、SEAP基因的双酶切胶图以及测序结果表明CHOP-SEAP重组质粒构建成功。经慢病毒转染和嘌呤霉素筛选后获得的细胞,在荧光倒置显微镜紫外光激发下可观察到其所携带的绿色荧光蛋白。此外,用Hela细胞和Hela/CHOP细胞株同时进行多个浓度的砷(As)暴露,观察两种细胞的SEAP表达情况。发现Hela/CHOP细胞株的SEAP表达量显著高于Hela细胞,约为5-6倍,且在不同浓度的As暴露下,其SEAP表达量存在明显的剂量效应关系,与对照组相比,均存在显著性(p<0.05)。而Hela细胞在各浓度As暴露下,其SEAP表达量几乎没有差别。以上结果表明Hela/CHOP细胞株构建成功,能在外源刺激下成功启动CHOP基因,从而使SEAP表达,且具良好的浓度效应关系。(2)根据水体中存在的污染物类型选取五种标准化学品(As、亚硝酸钠、五氯联苯、芘、纳米石墨烯),用构建成功的Hela/CHOP细胞株对其进行毒性评估,验证其敏感性和普适性。结果表明,五种标准化学品均可使Hela/CHOP细胞株的SEAP活性显著增加,且在很低的剂量下即可观察到。同时与Hela细胞的细胞存活率、胞内活性氧水平、线粒体膜电位这三个常用细胞毒性指标比较,Hela/CHOP细胞株的SEAP指标的效应浓度均小于细胞存活率显著降低,细胞活性氧水平显著升高和线粒体膜电位显著变化的最低有效应浓度。表明Hela/CHOP细胞株在标准化学品的毒性评估上,具有普适性和极佳的敏感性。(3)探究该细胞株在复合污染水体甚至饮用水等微污染水体的毒性评估上的效果。根据水体功能及污染程度,选取六种实际水体(饮用水、长江水、某生活污水处理厂A出水、某生活污水处理厂B出水、泰兴制药废水、电镀废水)进行研究。结果显示,六种实际水体均可使Hela/CHOP细胞株的SEAP活性显著增加,与Hela细胞的细胞存活率、胞内活性氧水平、线粒体膜电位指标相比,其效应浓度更低。表明Hela/CHOP细胞株同样适用于包括饮用水等微污染水体的复合污染水体毒性评估。综上所述,本研究构建了检测内质网应激早期效应的Hela/CHOP细胞株,此细胞株对环境污染物敏感,可用于指示外界应激源对细胞的早期损伤,在标准化学品和实际水体的毒性评估中均可应用。本研究为环境污染物的毒性评估提供了更加简便、敏感的新方法,且可指示早期损伤,为环境污染物对人类健康的潜在威胁提供新的毒理学数据。
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