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目的评价纳米二氧化硅(Silica Nanoparticles,Si NPs)对斑马鱼早期发育的毒性效应,发现敏感器官并揭示其可能的分子机制。方法1.Si NPs对斑马鱼早期发育的影响:将斑马鱼胚胎暴露于不同浓度的Si NPs(37~1500μg/ml)分散体系,以胚胎死亡率,畸形率,孵化率等指标,评价Si NPs对斑马鱼胚胎产生的毒性效应,并通过基准剂量法(Benchmark Dose,BMD)计算各毒性效应的阈值。2.Si NPs对斑马鱼胚胎心脏发育的影响:依据上述实验计算所得的BMD值,设定Si NPs的染毒剂量范围(6~36μg/ml),通过静脉窦和动脉球间距与体长的比值、心包囊相对面积、心包水肿发生率以及心率等指标,评价Si NPs对斑马鱼胚胎心脏形态和功能的影响。另外,通过吖啶橙、TUNEL染色和q RT-PCR技术阐明Si NPs对斑马鱼心脏发育改变的可能机制。3.应用SPSS 21.0进行统计学分析,实验数据的统计描述以SX±表示。假设检验采用方差分析及Dunnet法两两比较。检验水准为α=0.05。结果1.Si NPs对斑马鱼早期发育毒性作用的影响(1)Si NPs对斑马鱼的致畸效应存在明显的时间和剂量依赖性(EC50=449μg/ml),染毒后的斑马鱼胚胎表现出多种畸形现象,包括头部发育畸形,心脏畸形,卵黄囊水肿,体轴弯曲,尾部畸形。这些不良反应中,以心脏发育畸形的发生率最为显著。(2)Si NPs能显著地抑制斑马鱼胚胎发育,主要表现为斑马鱼胚胎孵化率降低(EC50=1297μg/ml)、胚胎出膜时间延长,幼鱼对卵黄囊吸收速率减慢以及幼鱼体长减短。(3)Si NPs对斑马鱼胚胎存在致死效应且具有明显剂量和时间依赖性。(LC50=1236μg/ml)。(4)通过基准剂量法计算各毒性效应的发生阈值,致畸效应的BMDL为2.43μg/ml,抑制孵化效应的BMDL为14.79μg/ml,致死效应的BMDL为18.62μg/ml。2.Si NPs对斑马鱼心脏发育的影响(1)Si NPs能够延长静脉窦与动脉球间距,扩增心包面积,刺激心包水肿发生率显著上升,致使斑马鱼心脏畸形的BMDL值为10.19μg/ml。(2)Si NPs导致胚胎心脏功能改变,主要表现为心动过速与心率失常。(3)心脏组织切片HE染色结果显示,Si NPs暴露可致使心肌细胞数量减少,排列异常,心腔面积减少。(4)AO与TUNEL的实验结果显示Si NPs可致使斑马鱼心肌细胞出现过度凋亡。(5)Si NPs可以刺激细胞凋亡相关基因P53,Bax和Caspase-3表达水平上调并抑制细胞增殖相关基因Bcl-2的表达水平。结论1.纳米二氧化硅可以导致斑马鱼胚胎及幼体出现发育畸形,延迟发育甚至死亡等发育毒性效应。2.纳米二氧化硅可以致使斑马鱼心脏静脉窦-动脉球间距增大,围心包面积扩增,同时还可以改变胚胎心脏功能致使胚胎出现心动过速和节律异常。3.纳米二氧化硅可能是通过激活P53基因介导线粒体通路依赖性胚胎细胞过度凋亡,从而对胚胎心脏等其他器官发育形成和功能完善产生不良影响。