添加添加剂的蜂蜜可减轻重金属和吡虫啉诱导的斑马鱼行为、氧化应激和脑部改变

Honey Enriched with Additives Alleviates Behavioral, Oxidative Stress, and Brain Alterations Induced by Heavy Metals and Imidacloprid in Zebrafish.

作者信息Emanuela Paduraru, Roxana Jijie, Ira-Adeline Simionov, Cristina-Maria Gavrilescu, Tudor Ilie, Diana Iacob, Andreea Lupitu, Cristian Moisa, Claudia Muresan, Lucian Copolovici, Dana M Copolovici, Gabriela Mihalache, Florin Daniel Lipsa, Gheorghe Solcan, Gabriela-Alexandra Danelet, Mircea Nicoara, Alin Ciobica, Carmen Solcan
PMID39519279
发布时间2024-10-31
DOI10.3390/ijms252111730

实验完整度

文献包含体外模型(斑马鱼)的亚慢性毒性实验,涵盖行为学、生化指标、组织学和免疫组化等多层级验证,并评估了蜂蜜配方的保护作用。

主要模型

成年斑马鱼(AB品系,6-8月龄) 斑马鱼行为学模型 斑马鱼组织病理学模型

重点核对

斑马鱼品系、年龄和体重(AB品系,6-8月龄,0.38±0.06g) 暴露浓度:IMI(0.5 mg·L−1)、Hg(15 μg·L−1)、Cd(5 μg·L−1) 蜂蜜配方(HF)浓度为500 mg·L−1 暴露时间:21天,每天更换测试溶液 行为测试参数:总移动距离、平均速度、静止时间,T迷宫

摘要

环境问题一直是科学界关注的焦点。污染是一个关键的生态问题,对人类健康和农业生产构成重大威胁。重金属和农药的污染是一个相当大的问题,对环境的威胁值得特别关注。在本研究中,我们以斑马鱼(Danio rerio)为动物模型,研究了亚慢性接触吡虫啉(IMI)、汞(Hg)和镉(Cd)单独或联合接触所引起的重大问题。此外,我们评估了富含天然成分的多花蜂蜜(也称为蜂蜜配方,HF)对三种污染物联合亚慢性毒性作用的潜在保护作用。通过量化乙酰胆碱酯酶(AChE)活性、脂质过氧化(MDA)、各种抗氧化酶活性(如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶,SOD和GPx)、二维运动活动、社会行为、组织学和免疫组织化学因素以及体内元素浓度的变化,评估了IMI(0.5 mg·L−1)、Hg(15 μg·L−1)和Cd(5 μg·L−1)单独及与HF(500 mg·L−1)联合对斑马鱼的影响。我们的研究结果表明,在21天的给药期间,所有浓度的污染物都可能破坏社会行为,降低游泳表现(以总移动距离、静止时间和游泳速度衡量),并提高斑马鱼中SOD、GPx和MDA的氧化应激(OS)生物标志物。暴露于IMI和Hg + Cd + IMI的鱼在视顶盖和小脑中表现出严重病变,GFAP(胶质纤维酸性蛋白)和S100B(S100钙结合蛋白B)蛋白表达增加,明确表明星形胶质细胞活化和神经毒性作用。此外,PCNA(增殖细胞核抗原)染色显示IMI暴露组细胞增殖减少,而Hg + Cd组增殖增强。在所有研究浓度下,神经系统均表现出显著损伤,证实了观察到的行为变化。此外,补充HF可显著减轻污染物诱导的毒性和减少OS。因此,接触化学混合物提供了对水生生态系统不利影响的更全面描述,而补充生物活性化合物有助于减少环境污染物暴露引起的毒性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在评估重金属(Hg、Cd)和杀虫剂(IMI)单独及联合暴露对斑马鱼的毒性效应,并探究蜂蜜配方(HF)是否能减轻这些污染物诱导的毒性。
核心机制
污染物暴露诱导氧化应激,表现为MDA水平升高和抗氧化酶(SOD、GPx)活性增强,同时抑制AChE活性,导致行为改变和神经组织损伤(GFAP、S100B表达增加,细胞增殖改变)。
主要证据
行为学实验显示总移动距离和平均速度显著降低,静止时间增加;生化分析显示MDA、SOD、GPx显著升高,AChE活性降低;组织学和IHC显示视顶盖、小脑和脊髓的病变和GFAP、S100B表达增强,PCNA染色显示细胞增殖变化。
研究意义
作者提出,化学混合物暴露能更全面地反映对水生生态系统的不利影响,而补充生物活性化合物(如HF)有助于减轻环境污染物暴露诱导的毒性,可能在水产养殖业中具有应用潜力。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

HF的制备与理化特性分析

表征HF(商用多花蜂蜜添加12种天然成分)的理化参数、矿物质、活性成分和抗氧化能力,以评估其作为保护剂的特性。

对HF和原蜂蜜进行水分、总可溶性固形物、pH、游离酸度、电导率、矿物质(如K、Ca、Mg等)分析,以及总酚、总黄酮、总类胡萝卜素、DPPH和ABTS抗氧化能力测定,并通过RF-HPLC鉴定酚类化合物。

2

抗菌活性评估

评估HF对革兰氏阴性和阳性细菌的抗菌活性。

通过纸片扩散法测试HF对六种标准菌株的抗菌活性,包括大肠杆菌、肠炎沙门氏菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌、粪肠球菌和单核细胞增生李斯特菌。

3

斑马鱼暴露实验

评估单独或联合暴露于Hg、Cd和IMI以及HF的辅助治疗对斑马鱼的毒性效应,并探究HF的保护作用。

成年AB品系斑马鱼随机分为6组,每组15条,进行21天暴露。暴露后,评估运动行为、社会互动、生化参数(AChE、MDA、SOD、GPx)、体内元素浓度、组织学和免疫组化变化。

4

行为学评估

评估污染物暴露对斑马鱼运动能力和社会互动的影响,以及HF的缓解作用。

在暴露前后,使用T迷宫对斑马鱼进行运动活动和社会互动测试。记录总移动距离、平均速度、静止时间和社会偏好。

5

生化指标测定

评估污染物暴露对氧化应激参数和AChE活性的影响,以及HF的调节作用。

测定斑马鱼脑中的AChE活性,以及鱼体内的MDA水平、SOD和GPx活性。

6

体内元素浓度分析

检测污染物暴露对斑马鱼体内必需元素(Ca、Na、K、Fe、Zn、Cu、Mg)浓度的影响。

使用原子吸收光谱法测定鱼类整体元素浓度。

7

组织学和免疫组织化学分析

评估污染物暴露对斑马鱼脑和脊髓的组织病理学影响,以及GFAP、S100B和PCNA的表达变化。

取脑和脊髓组织,固定、包埋、切片,进行H&E染色和IHC染色,观察病变并评估GFAP、S100B和PCNA的表达强度。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
多参数分析设备XS Instruments--
硝酸(Suprapur®)Merck--
过氧化氢(EMSURE®)Merck--
微波辅助压力消解系统(TOPwave)Analytik Jena--
超纯水设备(LaboStar™ UV)Siemens Water Technologies--
ContrAA 700Analytik Jena--
ICP多元素标准溶液IVMerck--
没食子酸一水合物Sigma-Aldrich--
DPPHSigma-Aldrich--
ABTSSigma-Aldrich--
超高效液相色谱仪(Nexera X2)Shimadzu--
二极管阵列检测器(M30A)Shimadzu--
Nucleosil 100-3 C18反相色谱柱Macherey-Nagel--
乙醇(EMSURE®)Merck--
注射器过滤器Labbox Labware--
Mueller-Hinton琼脂(MHA)Scharlab--
Mueller-Hinton肉汤(MHB)Carl Roth--
抗生素检测纸片Whatman--
抗生素(参考)Bio-Rad--
汞标准溶液(Certipur®)Merck--
镉标准溶液(Certipur®)Merck--
吡虫啉(IMI)未知(制造商保密)--
硝酸65% Suprapur®Merck100441
过氧化氢30% Perhydro®Merck107210
磷酸盐缓冲液(PBS)MerckP4417-50TAB
三盐酸缓冲液(Trizma®)MerckT2819
牛血清白蛋白(BSA)MerckA8022-10G
Bradford试剂MerckB6916
脂质过氧化测定试剂盒(MDA)MerckMAK085
谷胱甘肽过氧化物酶细胞活性测定试剂盒(GPx)MerckCGP1-1KT
超氧化物歧化酶测定试剂盒(SOD)Merck19160-1KT-F
KIMBLE® Dounce组织研磨器Sigma-Aldrich (supplier)--
微量离心机Biocen 22 RORTO ALRESA--
10%中性缓冲福尔马林Sigma-AldrichHT501128
Bouin氏固定液Sigma-AldrichHT10132
无水乙醇(EMSURE®)Merck--
旋转切片机(Cut 6062)SLEE medical GmbH--
GFAP抗体Synaptic Systems GmbH173002
S100B抗体Signalway AntibodyC48942
PCNA抗体GeneTexGTX124496
抗原修复液(柠檬酸盐缓冲液)Sigma-AldrichC9999
山羊抗兔HRP二抗Abcamab205718
DAB底物试剂盒Abcamab64238
光学显微镜(Leica DM750)Leica Microsystems CMS GmbH--
GraphPad PrismGraphPad Prism Software--
SigmaPlotSystat Software Inc.--
G*PowerUniversity of Düsseldorf--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
斑马鱼暴露
斑马鱼品系(AB)、年龄(6-8月龄)、体重(0.38±0.06g)、雌雄比例、暴露浓度(IMI 0.5 mg·L−1、Hg 15 μg·L−1、Cd 5 μg·L−1)、HF浓度(500 mg·L−1)、暴露时间(21天)、换水频率(每天)、饲养密度
阅读提示:Methods 3.2.2 Zebrafish Maintenance and Exposure Protocols
行为学评估
T迷宫尺寸(10cm×50cm×50cm)、水深(5cm)、适应时间(30s)、测试时间(4min)、分析软件(EthoVision XT 11.5)、社会互动测试设置
阅读提示:Methods 3.2.3 Behavioral Assessment
生化分析
脑组织匀浆缓冲液(0.05M Tris-HCl pH 8.0)、鱼体匀浆缓冲液(0.1M PBS pH 7.4)、离心条件(5500 rpm, 4°C, 15min)、试剂盒类型(MDA、GPx、SOD)、蛋白定量方法(Bradford)
阅读提示:Methods 3.2.4 Biochemical Assays
体内元素分析
鱼体样品数(n=5)、消解方法(微波消解)、测定方法(FL-AAS、GF-AAS)、校准标准(ICP多元素标准溶液IV)
阅读提示:Methods 3.2.5 Mineral Analysis of Zebrafish Whole Body
组织学和IHC
固定液(10%中性福尔马林1h、Bouin氏液48h)、切片厚度(5μm)、抗体稀释度(GFAP 1:1000, S100B 1:100, PCNA 1:250)、抗原修复条件(95°C 10min)、检测区域(视顶盖、小脑、脊髓)
阅读提示:Methods 3.2.6 Histological Analysis and Immunohistochemistry Activity for Brain and Spinal Cord Tissues