妊娠期暴露于氟氯氰菊酯通过内质网应激介导的PERK信号通路损害胎盘发育

Gestational Exposure to Cyfluthrin through Endoplasmic Reticulum (ER) Stress-Mediated PERK Signaling Pathway Impairs Placental Development.

作者信息Wensi Ni, Haoxuan Gao, Bing Wu, Ji Zhao, Jian Sun, Yanan Song, Yiping Sun, Huifang Yang
PMID36548566
期刊Toxics
发布时间2022-11-28
DOI10.3390/toxics10120733

实验完整度

包含妊娠大鼠模型、组织形态学检测、超微结构观察、功能及机制验证等多层级实验,并通过相关通路蛋白验证机制。

主要模型

妊娠SD大鼠 胎盘组织

重点核对

氟氯氰菊酯剂量:6.25、12.5、25 mg/kg体重,灌胃给药,GD1-GD19 对照组:玉米油灌胃 每组孕鼠数量:n=10 GD19处死部分孕鼠(n=7/组)进行胎盘、胎儿分析 检测指标:胎盘重量、直径、形态学、血管面积、CD34阳性血管、细胞增殖凋亡、相关蛋白及mRNA表达

摘要

氟氯氰菊酯是一种典型的II型拟除虫菊酯杀虫剂,广泛用于家庭卫生和农业害虫防治。几项流行病学调查发现,母体拟除虫菊酯暴露与不良妊娠结局有关。然而,其潜在机制仍有待阐明。因此,我们评估了妊娠期氟氯氰菊酯暴露对胎盘发育的体内影响。在本研究中,怀孕SD大鼠随机分为四组,从GD0到GD19通过灌胃给予6.25、12.5和25 mg/kg体重的氟氯氰菊酯或等体积的玉米油。结果表明,妊娠期暴露于氟氯氰菊酯对胎儿出生缺陷、PND4存活率或胎儿吸收和死亡没有影响。然而,高剂量氟氯氰菊酯处理组的活胎数和着床点数显著减少。此外,大鼠的胎盘重量和直径显著降低。相应地,暴露于氟氯氰菊酯的母鼠所生胎儿的体重和顶臀长度均降低。氟氯氰菊酯处理组胎盘总面积、海绵滋养层面积和迷路面积出现异常变化。同时,胎盘血窦面积和CD34阳性血管数量显著减少,以及暴露于氟氯氰菊酯的母鼠胎盘中促血管生成和抗血管生成因子的异常表达。透射电子显微镜进一步观察显示,中剂量和高剂量组的超微结构发生显著变化。额外实验表明,妊娠期暴露于氟氯氰菊酯抑制了胎盘细胞增殖并诱导了凋亡,表现为PCNA阳性细胞减少和TUNEL阳性细胞增加。此外,Western blot和qPCR分析显示,妊娠期暴露于中剂量和高剂量氟氯氰菊酯增加了GRP78以及PERK信号通路三个下游mRNA和蛋白(p-eIF2α、ATF4和CHOP)的表达,表明大鼠胎盘中内质网应激介导的PERK/eIF2α/ATF4/CHOP信号通路被激活。我们的研究表明,妊娠期暴露于氟氯氰菊酯会导致胎盘发育紊乱,这可能与内质网应激介导的PERK信号通路有关。

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
妊娠期暴露于氟氯氰菊酯对胎盘发育的影响及其潜在机制是什么?
核心机制
氟氯氰菊酯暴露激活胎盘内质网应激介导的PERK/eIF2α/ATF4/CHOP信号通路,导致胎盘细胞增殖抑制和凋亡,进而引起胎盘发育异常。
主要证据
大鼠模型显示,氟氯氰菊酯暴露降低胎盘重量和直径,减少胎盘总面积、海绵滋养层和迷路面积,减少血窦面积和CD34阳性血管数,降低PCNA阳性细胞,增加TUNEL阳性细胞,并上调GRP78、p-eIF2α、ATF4和CHOP的表达。
研究意义
揭示了氟氯氰菊酯诱导的生殖和发育毒性的新机制,为公共卫生预防提供了新的视角,并提示需要进一步研究其机制。

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

妊娠期氟氯氰菊酯暴露动物模型建立

建立妊娠期氟氯氰菊酯暴露的大鼠模型,以评估其对胎盘发育的影响。

将怀孕SD大鼠随机分为对照组(玉米油)和低、中、高剂量氟氯氰菊酯组(6.25、12.5、25 mg/kg),从GD1至GD19每天灌胃给药,于GD19处死部分孕鼠,收集胎盘和胎儿样本。

2

胎盘组织形态学分析

观察氟氯氰菊酯暴露对胎盘结构和血管的影响。

通过HE染色测量胎盘总面积、海绵滋养层面积和迷路面积,通过CD34免疫组化计数阳性血管,通过TEM观察超微结构变化。

3

胎盘功能相关因子检测

评估氟氯氰菊酯暴露对胎盘血管生成相关因子表达的影响。

通过ELISA检测血清VEGFa、PLGF和sFlt-1水平,通过Western blot和qPCR检测胎盘组织中VEGFa的蛋白和mRNA表达。

4

胎盘细胞增殖与凋亡检测

检测氟氯氰菊酯暴露对胎盘细胞增殖和凋亡的影响。

通过PCNA免疫组化检测细胞增殖,通过TUNEL染色检测细胞凋亡,并通过Western blot检测PCNA蛋白表达。

5

内质网应激及PERK信号通路检测

探究氟氯氰菊酯暴露是否激活胎盘内质网应激和PERK信号通路。

通过Western blot和qPCR检测GRP78、p-PERK、PERK、p-eIF2α、eIF2α、ATF4和CHOP的蛋白及mRNA表达。

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
玉米油Shandong Luhua Group Co., Ltd.--
VEGFa ELISA试剂盒J&L biological--
PLGF ELISA试剂盒J&L biological--
sFlt-1 ELISA试剂盒J&L biological--
CD34抗体Servicebio--
PCNA抗体Santa Cruz Biotechnology--
TUNEL试剂盒 (AF488)Elabscience--
RIPA裂解液Beyotime BiotechnologyP0013B
BCA蛋白浓度测定试剂盒KeyGEN BiotechnologyKGP902
SDS-PAGE凝胶epizymePG112
PVDF膜----
牛血清白蛋白Becton, Dickinson and Company--
VEGFa抗体Abcamab214424
GRP78抗体Abcamab21685
磷酸化PERK抗体Affinity BiosciencesAbDF7576
PERK抗体Abcamab2229912
磷酸化eIF2α抗体CST3398
eIF2α抗体CST5324
ATF4抗体CST11915
CHOP抗体CST2895
β-actin抗体Servicebio--
二抗Affinity Biosciences--
增强化学发光试剂Beyotime BiotechnologyP0020
TRIzol试剂Invitrogen--
Nanodrop one分光光度计Thermo Fisher Scientific--
FastKing gDNA去除RT SuperMixTIANGEN Biotech--
GoTaq® qPCR预混液Promega--
显微镜(奥林巴斯)Olympus--
Image J软件NIH--
透射电子显微镜(日立)HITACHI--
Prism 8.0软件GraphPad Software--

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
动物模型
SD大鼠品系、体重(240-280 g)、年龄(10-12周)、饲养条件(12小时光/暗交替、25±2°C、50-60%湿度)、妊娠判定(阴道栓)、分组(n=10/组)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.2
药物暴露
氟氯氰菊酯纯度(98.95%)、剂量(6.25、12.5、25 mg/kg)、给药途径(灌胃)、给药体积(0.02 mL/100 g体重)、给药时间(GD1-GD19,每天上午9点)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.2
胎盘形态学
HE染色步骤、切片厚度(3.5 μm)、测量指标(胎盘总面积、海绵滋养层面积、迷路面积、血窦面积)、CD34免疫组化(抗体稀释度1:800)、显微镜放大倍数(40×)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.3.1 and 2.5
超微结构分析
TEM样品制备(2.5%戊二醛固定、1%锇酸等)、放大倍数(20,000×和30,000×)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.3.2
分子检测
Western blot抗体信息(GRP78、p-PERK等)及稀释比例(1:1000)、qPCR引物序列(表S1)、内参基因(β-actin)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.7 and 2.8
统计分析
统计方法(one-way ANOVA + Dunnett's test)、重复数(至少3次)、显著性水平(*P<0.05, **P<0.01)
阅读提示:Materials and Methods, Section 2.9