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1-苯基-2-硫脲对斑马鱼胚胎发育与黑色素生成的影响

2024-06-09 来源:品趣旅游知识分享网
2012年9月 中国比较医学杂志 CHINESE J0URNAL OF COMPARATIVE MEDICINE September,2012 VoI.22 NO.9 第22卷第9期 1一苯基一2一硫脲对斑马鱼胚胎发育与黑色素生成的影响 张利军,史慧勤,苑晓燕,余寿忠,赵 君,彭双清 (军事医学科学院疾病预防控制所毒理学评价研究中心,北京100071) 【摘要】 目的度。方法1一苯基一2一硫脲(PTU)可抑制斑马鱼胚胎黑色素的产生,保持斑马鱼透明,便于形态观察和信 号检测。本文研究了PTU对斑马鱼胚胎发育的影响和抑制斑马鱼胚胎黑色素生成,保持斑马鱼透明性的最佳浓 用不同浓度PTU处理23 hpf(受精后,hours post fertilization,hpf)斑马鱼胚胎,作用57 h后观察80 hpf斑 马鱼的形态学、生理学改变,计算死亡率和孵化率,测量心率和静脉窦一动脉球之间的距离。结果 浓度为0.197 mmol/L、0.296 mmolfL PTU可以有效抑制黑色素生成,保持斑马鱼整体透明,对斑马鱼心血管系统结构和生理功 能无影响,且不影响斑马鱼正常孵化过程。随着PTU浓度的增加,斑马鱼死亡率增加,孵化率下降,出现心包水肿, 心脏畸形等改变,心率下降,静脉窦一动脉球之间的距离增大。结论 浓度不高于0.296 mmol/L的PTU溶液能有 效抑制斑马鱼黑色素生成,对斑马鱼心血管毒性研究无影响。 【关键词】 1一苯基一2一硫脲;斑马鱼;心率;孵化率 【中图分类号】R965.1 R332 【文献标识码】A 【文章编号】1671—7856(2012)09-0021—05 doi:10.3969.j.issn.1671.7856.2012.009.005 Developmental and Melanogenesis Effects of 1-phenyl 2-thiourea(PTU) in Zebrafish Embryos ZHANG Li—jun,SHI Hui—qin,YUAN Xiao—yan,YU Shou—zhong,ZHAO Jun,PENG Shuang—qing (Research and Evaluation Center for Toxicology,Institute of Disease Control and Prevention,Academy of Military Medical Sciences,Beijing 10007 1,China) 【Abstract】 Objective To generate transparent zebrafish,embryos may be treated with 1一phenyl 2一thiourea (PTU)to inhibit melanogenesis during embryogenesis.When working with techniques designed to study gene expression during embryogenesis,especially in teleosts,signal detection may be aggravated by pigmentation.Here we focus on the effects of PTU on embryo,and describes an optimized protocol for generating transparent zebrafish using PTU.Methods zebrafish embryos at the stage of 23 hpf(hours post fertilization)were treated with serial concentrations of PTU. Morphological and physiological endpoints were selected and quantiied ffor unexposed and exposed embryos.Mortality, heart rate,hatching rate and SV—BA distance were detected until 80 hpf.Results Exposure to 0.197mmol/L and 0.296 mmol/L PTU completely inhibited pigmentation while avoiding problems with embryo mortality,teratogenesis,reduced hatching ̄equency,and heart rate.The highest PTU concentration resulted in reduced hatching ̄equency and embryo mortality.We observed pericardial and yolk sac edema.Conclusion Optimized conditions can achieve complete inhibition of pigmentation for generating transparent zebrafish while avoiding toxic effects of PTU treatment. 【Key words】 1一phenyl一2一thiourea(PTU);Zebrafish;Heatr rate;Hatching rate [基金项目]国家“重大新药创制”科技重大专项(2009ZX09501-034);国家973计划(2011CB503803)。 [作者简介]张利军,男,博士生,研究方向:药物安全性评价。 [通讯作者]彭双清,研究员,博士生导师,研究方向:药物安全性评价;Email:pengsq@hotmail.com。 22 中国比较医学杂志2012年9月第22卷第9期Chin J Comp Med,September 2012,Vo1.22.No.9 斑马鱼(Danio rerio)作为一种新型脊椎模式生 物已被广泛应用于毒理学研究。斑马鱼易饲养,繁 殖能力强,斑马鱼胚胎透明,生长发育快,施药方式 简单¨ 。斑马鱼胚胎在发育早期,即使心血管系统 有缺陷,也可以依靠溶解氧继续发育。目前,斑马 鱼已成为OECD和ISO毒性试验的推荐测试物 种 。斑马鱼胚胎透明,发育到24 h左右则开始 出现黑色素,黑色素细胞会影响基因表达信号、绿 色荧光蛋白信号、整体原位杂交信号检测。因此, 需要对斑马鱼胚胎进行处理,抑制黑色素生成,保 持其透明性。研究表明在斑马鱼原肠胚期(5.5 hpf)后使用PTU溶液代替养鱼用水,能有效抑制黑 色素生成,保持斑马鱼透明性,但PTu也具有毒性 作用,高浓度PTU可影响斑马鱼孵化率,甚至产生 致畸和致死效应 。本文研究不同浓度PTU对斑 马鱼胚胎发育的影响,为运用斑马鱼进行心血管毒 性评价研究时选择合适浓度PTU提供参考资料。 1材料和方法 1.1实验动物 实验所用斑马鱼为AB系斑马鱼,由北京大学 生命科学院惠赠,本实验室繁殖。斑马鱼的养殖和 繁殖参照标准的方法 。雌雄斑马鱼成鱼分开饲 养于爱生斑马鱼养殖系统中。水温保持在28.5± 1 oC,盐度为450~500 mS/cm ,pH为7.5~8.5,光 照周期为照明l4 h/黑暗10 h交替进行,每日喂2 次活丰年虾。采卵时,首日傍晚按雌雄1:1的比例 将健康斑马鱼成鱼放入交配缸内,次日清晨获得受 精卵。对受精卵进行清洗后,移人斑马鱼胚胎培养 用水(60 mg/mL海盐)中,28.5℃恒温培养箱中 培养。 1.2受试药物 1-苯基一2一硫脲(PTU)购自sigma公司。将PTU 粉末溶于0.3×Danieau(17 mmol/L NaC1,2 mmol/L KC1,0.12 mmol/L MgSO4,1.8 mmol/L Ca(NO3)2, 1.5 mmol/L HEPS,pH7.6)培养液中,配制成0.197 mmol/L、0.296 mmol/L、0.742 mmol/L、1.48 mmol/L、2.96 mmol/L、7.39 mmol/L浓度的PTU试 验液。 1.3处理胚胎方法 在Olympus SZX10型体视显微镜下选择发育至 23 hpf(28体节期)的野生型AB系斑马鱼胚胎,按 照随机分配原则,每浓度30枚胚胎,加入相应浓度 PTU。对照组为胚胎培养用水。随后加盖封闭,置 于28.5℃恒温光照培养箱内,让胚胎继续发育。待 斑马鱼发育至80 hpf进行观察、拍照。此刻,未暴露 斑马鱼胚胎已都孵化成幼鱼 。试验过程中,每24 h更换1次PTU溶液。 1.4死亡率与孵化率计算 每天观察1次斑马鱼胚胎死亡、存活情况,并详 细记录,将死亡胚胎和幼鱼移去。斑马鱼发育至80 hpf,计算累积死亡率百分率,可根据艾博特(Abbott S)公式用对照组的死亡率进行校正 : P=100_[(C—P )/C×100] P——已校正的存活百分率,%; P ——试验浓度组中所观察到的存活百 分率,%; c——对照组中的存活百分率,%。 斑马鱼胚胎从48 h开始孵化,胚胎躯体全部 (从头到尾)从绒毛膜内出来,认为斑马鱼由胚胎孵 化为幼鱼。斑马鱼发育到80 hpf,基本全部孵化 。 因此,我们从48 hpf定时观察孵化情况,80 hpf统计 各组斑马鱼孵化率。 1.5形态观察 Olympus SZX10型体视显微镜下每日观察PTU 对斑马鱼的影响,观察的毒性终点包括:心包和卵 黄囊水肿、出血、畸形等。 1.6心率测量 斑马鱼发育至80 hpf,从各处理组和对照组随 机选择5条斑马鱼,在用显微摄像系统(340M.00. GE,DVC Co.,USA)对斑马鱼心跳摄像30 S。使用 Image J软件对斑马鱼心跳录像进行分析,统计 心率 。。。 1.7 静脉窦(sinus venous)与动脉球(buibus arteriosus)距离测量 斑马鱼心脏发育基本在最初2 d完成。30 hpf 形成心室和心房,36 hpf心脏发生向右环化 ,使 得心房、心室在侧面观上部分重叠,心室在心房的 右前侧。心脏发育过程受到影响,心房和心室的位 置将发生改变,静脉窦(血液进入斑马鱼心脏的部 位)和动脉球(血液流出斑马鱼心脏的部位)之间的 距离相应发生改变,两者之间的距离是评价心脏环 化程度的指标,通过测量静脉窦与动脉球之间的距 离可量化评价药物对斑马鱼心脏影响程度 。 1.8统计分析 应用统计软件SPSS11.5处理数据,结果以面±S 中国比较医学杂志2012年9月第22卷第9期 Chin J Camp Med,September 2012,Vo1.22.No.9 25 孵化,降低孵化率和延迟孵化 。孵化率是评价化 合物对斑马鱼是否产生毒性作用的一个敏感指标。 我们发现浓度高于0.742 mmol/L的PTU可对斑马 Stages(Guideline 212),1998,1—20. [4] ISO.Water Quality—Determination of Toxicity to Emb ̄os and Larvae of Freshwater Fish--Semi—Static Method,1999,12890,1 14. 鱼胚胎产生毒性作用,降低其孵化率。 高浓度的PTU不仅影响斑马鱼心脏功能,还影 响斑马鱼心脏发育过程,产生器质性损害,引起心 包水肿等畸形,心脏环化不全,表现为SV与BA之 间的距离明显增长。我们研究发现0.197 mmol/L、 0.296 mmol/L PTU对斑马鱼心脏形态和功能不产 lsson J,yon Hofsten J,Olsson PE.Generating transparent [5] Karzebrafish:a refined method to improve detection of gene expression during emb ̄onic development[J].Mar Biotechnol (NY),2001,3(6):522—527. erfield M.The Zebrafish Book[M].Oregon:University of [6] WestOregon Press,2007. [7] Hisaoka K.K,Battle HI.The normal developmental stages of the 生任何影响,不影响斑马鱼胚胎心脏发育过程和孵 化过程,能很好抑制斑马鱼黑色素生成,保持斑马 鱼透明性。Karlsson等 报道75 mmol/L PTU可抑 制黑色素生成,且对斑马鱼胚胎结构和孵化率无影 响,但该浓度并未被其他研究人员接受。可能是该 浓度只能完全抑制36 h前斑马鱼黑色素生成,并 不能完全抑制36 h后斑马鱼黑色素生成 。我们 从斑马鱼心血管系统的结构和功能两方面研究PTU 的心血管毒性作用,发现使用的PTU浓度虽然比文 献报道的浓度要高,但对斑马鱼的结构和生理功能 没有影响,且能有效保持发育至80 hpf斑马鱼胚胎 的透明性。所以,我们认为在斑马鱼心血管毒性试 验中可以选择低于0.296 mmol/L浓度的PTU抑制 斑马鱼黑色素的生成,且对实验结果不会产生影 响。因此,在保证PTU对斑马鱼心血管系统无毒性 影响的前提下,可以选择合适的PTU浓度,以保证 抑制黑色素生成的效果。 致谢:感谢中国医学科学院生物技术研究所张 靖溥老师提供DVC显微摄像系统。 参考文献 [1] Phelps HA,Neely MN.Evolution of the zebrafish model:from development to immunity and infectious disease[J]・Zebrafish, 2005,2(2):87—103. [2] OECD.Fish,Early Life Stage Toxicity Test(Guideline 210). 1992,1—18. [3] OECD.Fish,Short-term Toxicity Test on Emb ̄o and Sac-fry zebrafish,brachydanio rerio(hamilton—buchanan)[J].Journal of Morphology,1958,102(2):311—327. [8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准 化管理委员会.化学品鱼类胚胎和卵黄囊仔鱼阶段的短期毒 性试验[M],北京:中国标准出版社,2008,1—13. 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