基于模式生物秀麗隱桿線蟲的環境污染物生殖毒性研究進展

楊振，王晶晶，聶亞光，代慧，王牧笛，程雷，許安,*

1. 中國科學院合肥物質科學研究院，技術生物與農業工程研究所，中國科學院強磁場與離子束物理生物學重點實驗室，合肥 230031 2. 中國科學技術大學，合肥 230026

環境污染是指人類向環境中排放某種物質超過了環境的凈化能力從而引發的環境問題。隨著人類社會的發展越來越多的廢棄物被排放到環境中，例如工業生產中的“三廢”、農業生產中的農藥以及生活污水等，這些污染物的排放會造成空氣污染、水污染和土壤污染等。世界衛生組織對全世界200多個城市進行大氣測定，嚴重污染城市中我國有多個城市上榜；有關數據顯示我國每年污水排放量在400億t左右，一半為工業污水；保守估計因環境污染問題造成的經濟損失約為2 000億元[1]。環境中的持久性有機污染物會使人體的內分泌系統、生殖和發育系統遭到破壞，甚至在一定程度上還會致癌，而重金屬會損傷動物及人的骨骼和神經系統等[2]。近年來因大氣污染，每年超額死亡人數高達178 000人，據流行病學調查因空氣污染導致的呼吸系統疾病發病率達30%以上[1]。

生殖系統是生物體產生生殖細胞、繁衍后代的重要系統，進入環境中的化學或物理污染物會嚴重影響人類和動物的生殖功能，造成生殖能力低下、配子活性下降等。如有機磷農藥和鄰苯二甲酸酯類會造成睪丸發育障礙及精子數目降低[3-4]。長期接觸苯系物的女工流產、早產和死產的概率相對于正常人群明顯提高[5]，同時苯系物還會造成雄性生殖系統功能障礙、精子畸形等[6]。重金屬的毒性在20世紀的痛痛病、水俁病之后已經引起了廣泛關注。研究發現，鉛可直接穿過胎盤屏障，增加流產率和早產率[7]；錳會減少男性睪酮的分泌，嚴重時還會導致腎上腺及睪丸萎縮[8]。伴隨著新的化學物質被大量生產，一系列的未知危險也隨之而來，因此，對各種常見及新型污染物進行生殖毒性評價并制定安全的使用范圍標準是必要的。

秀麗隱桿線蟲全基因組測序在1998年完成，其基因與人類存在高度同源性[9]，身體透明，可通過熒光標記觀察線蟲體內的相關過程[10]。秀麗隱桿線蟲的生殖系統已被研究得較為透徹[11]，其生殖腺呈明顯的梯度發育，可一次在單條生殖腺上觀察到減數分裂的各個階段[12]。線蟲生殖腺細胞周期停滯、生殖細胞凋亡等多個終點常被用來評價環境污染物的生殖毒性。秀麗線蟲世代時間及子代數穩定，卵細胞數量和子代數可用于評價產卵器功能和繁殖能力，而世代時間可用于評價其繁殖速度[13]。利用秀麗線蟲已揭示了多種環境因素誘導的生殖毒性響應機制，如氧化應激、DNA損傷應答通路、MAPK通路等[14]，為進一步探究各種環境因素的生殖毒性及其機制、以及相關疾病的預防和診斷工作提供了重要的理論依據。

1 化學污染物的生殖毒性研究(Study on reproductive toxicity of chemical factors)

隨著人類社會的發展，被使用最多的應屬化學物質，這些物質包括天然存在的和人工合成的，有無機物也有有機物，例如重金屬、納米材料和一些有機農藥等。據估計，我國被重金屬污染的土地已接近20 km2，約占總耕地的20%，與澳大利亞、美國等國家相比，我國土壤環境質量標準在重金屬指標數量上要少1/3～1/2[15]。全球70多個國家約14億人的飲用水受到砷污染，與鎘一樣砷可通過水稻富集，通過食物鏈進入人體，對身體健康造成威脅[16]。

持久性有機污染物(POPs)是一類具有持久性、生物蓄積性和高毒性等特點的有機污染物，在土壤中的半衰期在1～12年左右，有的長達600年，可通過食物鏈富集而進入人體，有機氯殺蟲劑是其中比較具有代表性的一類物質，我國歷年生產的滴滴涕(DDT)高達39.81萬t，即使在禁用DDT 20年后一些地區農業土壤中最高殘留量仍在1 mg·kg-1以上[17]。據統計發現，妊娠期食用有機氯污染的魚會造成出生的兒童體重輕、腦袋小和認知能力差等[2]。除了重金屬與持久性有機物以外，近年來一些新的物質被大量投入到工業生產中，并進入人們的生活之中，例如納米材料被廣泛應用于光電器件、醫療等領域，因此探究這些化學物是否對生態及人體健康存在威脅就顯得至關重要。利用秀麗隱桿線蟲對重金屬、納米材料、大氣顆粒物和典型有機污染物的生殖毒性評價見表1。

1.1 重金屬對生殖系統的影響

重金屬是指那些相對密度大于5的金屬，包括金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鐵(Fe)和鉛(Pb)等，而在環境污染方面主要指汞(水銀，Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)以及類金屬砷(As)等生物毒性較為顯著的重金屬元素。這些重金屬可進入大氣、土壤以及水體，可通過食物鏈或者呼吸系統進入人體，從而對人體造成傷害。

Guo等[18]在研究重金屬對秀麗線蟲的生殖毒性時發現，成蟲暴露在高濃度的Pb、Hg、Cd和Cr(100 μmol·L-1)中時會顯著降低子代數，而低濃度(2.5 μmol·L-1)并不會降低子代數；將L1～L4期的幼蟲進行暴露時，低濃度的重金屬便會造成子代數的減少，甚至2.5 μmol·L-1的Pb、Hg會明顯影響子代數目，且這種現象從L4期到L1期逐漸嚴重，由此可看出重金屬對生殖能力的影響不僅與劑量有關，還和暴露的時期有關，即暴露時期越早敏感性越強。之后孫娜等[19]對Pb、Hg和Cd的生殖毒性進行了研究，也觀察到了類似的結果，發現這些重金屬在10～50 μg·L-1的濃度下就可顯著降低子代數，同時在相同的重金屬暴露條件下，線蟲體內的受精卵數目減少，陰門畸形率顯著升高，陰門表面由光滑逐漸表現為輕微凸起；50 μg·L-1Pb、Cd暴露會造成產卵器表面破裂，影響受精卵的排出。這與Wu等[20]在研究Hg的生殖毒性時觀察到的一致，Wu等發現L4期的幼蟲暴露于Hg 12 h后會造成子宮和性腺發育的異常，如引起性腺臂的縮短，由此推測子代數的減少可能是由于受精卵數量降低和性腺及子宮結構損傷共同導致的。Wang等[21]在研究Ni的毒性作用時發現，Ni在2.5 μmol·L-1的濃度下即造成子代數的減少以及世代時間的增加，并且這種現象還會持續到子代中，且濃度越高這種毒效應在子代中持續的時間越久。

1.2 納米材料對生殖系統的影響

隨著納米材料的廣泛使用，納米材料對環境造成的潛在威脅也受到越來越多的關注，通過熒光標記的納米材料喂食線蟲，可清楚地觀察到納米材料在線蟲體內的分布情況[22]，通常納米材料主要在咽泵和腸道中轉運，但也發現可在性腺和早期胚胎的細胞質中積累。

Yang等[23]利用線蟲對納米級零價鐵(nZVL)、氧化鐵(nFe3O4)和亞鐵離子的生殖毒性進行初步研究，發現3種形式的鐵都會造成子代數的嚴重減少，同時造成活性氧成分的增加，但是nZVL生殖毒性會傳遞到F1、F2代，而在F3、F4代中得到恢復，這可能是由于鐵在F0和F1代中的積累產生了很高的活性氧，最終導致多代的生殖毒性。Zhao等[24]在用氧化石墨烯(GO)對線蟲進行處理后發現0.1～1 mg·L-1的GO并不會對線蟲造成明顯的傷害，而用10～100 mg·L-1的GO處理后觀察到了相比于對照組更多的生殖細胞凋亡(吖啶橙(AO)活體染色)，子代數和卵母細胞數量也發生明顯減少，此結果表明GO通過生殖細胞的凋亡造成生殖腺的發育異常，使后代數目、卵母細胞數量及排卵率均發生下降，并增加胚胎致死率。研究發現鎳納米顆粒會造成秀麗線蟲子代數目的減少以及世代時間的增加，說明秀麗線蟲的生殖能力和繁殖速度均受到影響[25]，孔璐等[26]進一步研究發現，鎳納米顆粒會誘導線蟲的精子發生缺陷，精子的形態、活性和運動能力都受到很大的影響，而這些性質是保證精子能夠順利受精的重要因素，因此納米材料不僅可以影響生殖腺的發育從而影響線蟲的生殖能力，還可以造成配子的發生缺陷從而影響線蟲的受精。

1.3 有機物對生殖系統的影響

久效磷作為一種有機磷殺蟲劑，具有很強的觸殺作用，殺蟲譜廣，殺蟲效果好。在研究久效磷的生理毒性時，將L4期的幼蟲分別暴露于濃度為0.85、1.7和3.4 μmol·L-1的久效磷4 h，發現久效磷能顯著降低線蟲的子代數，且呈濃度依賴性，3.4 μmol·L-1時子代數降低高達73%，且線蟲體內的乙酰膽堿酯酶(AchE)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性以及谷胱甘肽(GSH)水平都顯著降低[27]。

硫丹主要用作農用殺蟲劑，由于其劇毒性、生物蓄積性和內分泌干擾作用，已經在多個國家被禁止使用。雖然被禁止使用，但硫丹殘留依然廣泛存在于環境中，危害生態健康。Du等[28]利用線蟲研究現，L1期的幼蟲暴露于0.1～10 μmol·L-1的硫丹中即可造成線蟲的產卵數和孵化率的降低以及產卵開始時間及產卵高峰期的推遲，在硫丹濃度為10 μmol·L-1時產卵數降低了76%左右。硫丹使線蟲的生殖腺細胞死亡數顯著增加，10 μmol·L-1時凋亡數達到正常組的1.6倍。而DNA損傷響應基因ced-3、ced-4突變品系可顯著抑制硫丹誘導的生殖腺細胞凋亡，說明DNA損傷響應通路在硫丹誘導的細胞凋亡過程中起到了重要作用。通過DAPI染色可發現，硫丹暴露后會導致線蟲生殖腺有絲分裂細胞數顯著減少，即誘發了生殖腺細胞周期停滯現象[28]。

表1 化學因素的生殖毒性效應Table 1 Reproductive toxicity of chemical factors

多溴二苯醚作為阻燃劑被添加到復合材料中，目前已廣泛用于電子電氣設備和建筑材料等，You等[29]對溴二苯醚(BDE-3)的毒性研究發現，300 μg·mL-1的BDE-3可顯著降低線蟲的生育能力，如降低線蟲的產卵數，延長產卵時間，并呈濃度依賴性。BDE-3的濃度在30 μg·mL-1時會顯著誘導生殖腺細胞凋亡數目的上升，達對照組的2倍，此外，0.03 μg·mL-1的長期暴露可嚴重縮短線蟲的壽命。You等推測這些有機物通過誘導生殖細胞的凋亡造成生殖腺發育缺陷從而導致一系列生殖毒性。

5-氟尿嘧啶作為一種抗代謝藥物被用于癌癥的治療，同時5-氟尿嘧啶也會給機體的其他功能帶來威脅，例如心臟中毒、肝中毒等。濃度為0.6 μg·mL-1的5-氟尿嘧啶長期慢性暴露會誘導線蟲的生殖系統發育障礙，出現產卵延遲、蟲袋(胚胎無法排出而在體內孵化)等現象，甚至使線蟲出現無陰門情況，在該濃度暴露條件下還會造成線蟲生殖腺有絲分裂受阻和生殖細胞凋亡數目增加[30]，推測是由于5-氟尿嘧啶造成線蟲生殖細胞凋亡而使生殖系統發育受阻，最后導致生殖能力下降。

1.4 大氣顆粒物對生殖系統的影響

近年來由于農業活動及工業生產對空氣質量造成了巨大的影響，霧霾已經成了一個急需被解決的環境問題，造成霧霾的主要原因就是大氣顆粒物的過度排放，這些大氣顆粒物可通過呼吸系統進入人體從而危害人體健康，已被證明大氣顆粒物對呼吸系統和血液循環系統有很大的影響，例如導致鼻炎、支氣管炎以及心血管病和高血壓等。此外已有文獻報道大氣顆粒物同樣會造成生物體生殖系統的損傷。

據相關文獻報道，若將L4期秀麗隱桿線蟲急性暴露于PM2.5中，100 mg·L-1的PM2.5會造成秀麗隱桿線蟲生殖能力的顯著下降。而將暴露方式改成慢性暴露時，1 mg·L-1的PM2.5就會造成秀麗隱桿線蟲生殖能力的顯著下降，而這種效應還會傳遞到子代中[31]。這種現象在王云彪等[32]的研究中也同樣被發現，并推測這種現象可能是由于PM2.5誘導生殖系統功能異常導致的。

柴油機顆粒物是大氣污染物中的重要成分，而紫外線又是太陽光的主要成分，在戶外人們經常會同時暴露在這2種影響因子中，因此研究兩者是否具有聯合作用十分必要。研究發現，若將早期的成年秀麗隱桿線蟲單獨暴露于柴油顆粒物提取物(DPE)或長波紫外線(UVA)中，20～50 μg·mL-1的柴油顆粒物提取物以及0.2～1.0 J·cm-2的紫外線均不會造成生殖細胞的明顯損傷，而當將柴油顆粒物提取物和紫外線共同暴露時，20 μg·mL-1DPE+0.5 J·cm-2UVA就會導致生殖細胞死亡的顯著上升，而通過對凋亡相關通路進行分析后發現，兩者導致的生殖細胞死亡是通過凋亡通路介導的[33]。

2 物理污染物的生殖毒性研究(Study on reproductive toxicity of physical factors)

物理性污染是指由物理因素引起的環境污染。相對于化學污染物，物理污染常常被大眾所忽略。利用秀麗隱桿線蟲對輻射和磁場的生殖毒性進行評價的結果見表2。

2.1 輻射對生殖系統的影響

輻射的靶細胞常常是一些組織的前體細胞，線蟲的陰門由22個陰門細胞所構成，而這些陰門細胞又全部來自于3個前體細胞，因此可以利用線蟲陰戶的發育來研究輻射的生物效應及其機制[34]。研究發現，50 Gy的輻射量并不會使線蟲致死，但可使線蟲的陰門發育畸形甚至發生無陰的現象，最后導致線蟲不育[34]。前體細胞第一次分裂之前(大約在S期)對輻射有最大的抗性，而在之后的分裂過程中對輻射較為敏感。隨著劑量的增加正常陰門線蟲的比例越來越少，即不正常陰門線蟲的比例越來越多，而這種不正常的陰門形成是由輻射引起的細胞死亡導致的。4',6-二脒基-2-苯基吲哚(DAPI)或AO染色后發現，這種死亡的陰門細胞沒有顯現凋亡的特征，而是展現出壞死的細胞特征(染色體擴散或無染色)。之后通過對Caspase和ced-9突變體進行研究發現，這些突變菌株對輻射的敏感性與野生型菌株N2并沒有顯著不同，而ced-1突變的菌株雖然對輻射的敏感性與N2無明顯區別，但ced-1突變株的體內有更多的死亡細胞殘留且不能被清除[34]，這些間接地證明了凋亡在輻射引起的陰門細胞死亡過程中并不發揮什么作用，而與細胞壞死更為相似。

Luo等[35]發現ing-3基因在輻射誘導的線蟲生殖細胞死亡過程中起到了很重要的作用，而ing-3參與了P53通路，在細胞程序性凋亡過程中起到了關鍵作用。他們發現剔除ing-3之后輻射誘導的生殖細胞凋亡數量相較于野生型明顯下降，證明凋亡在輻射引起的生殖細胞死亡過程中扮演著重要的角色。Gartner等[36]在研究DNA損傷誘導的生殖細胞凋亡時發現，當ced-3和ced-4突變后伽馬射線引起的生殖細胞死亡現象消失，而在ced-9突變(功能獲得型突變)后，輻射引起的生殖細胞死亡現象也完全消失，egl-1突變(功能喪失型突變)后凋亡現象被緩解，這說明凋亡通路在輻射引起的細胞死亡過程中起到了重要作用。以上不同的實驗結果說明輻射可通過不同的機制引起細胞的死亡，甚至在相同的細胞中。

2.2 磁場對生殖系統的影響

磁場是一種客觀存在但看不見、摸不著的特殊物質，在現代日常生活中磁場到處可見，如發電機、電動機和電話機等都能產生磁場，自然界中存在的磁波會對人類的大腦和臟器形成刺激性影響，電磁輻射在一定程度上對生物的生長存在刺激作用，但強大的磁場也會對生物活動存在負面影響，例如造成鴿子無法辨別方向等。

平均功率1.52 W和0.75 W的高功率毫米波對線蟲暴露3～5 min會顯著降低線蟲的產卵數，且隨著暴露時間的增加產卵數量下降更加嚴重；還誘導生殖腺遠端出現不同程度的凹陷、空泡等腫瘤樣形態，loop區域呈現擁擠、無規則排列的未分化、未成熟卵細胞，且腺體遠端無成熟的卵母細胞等，表明毫米波暴露可導致卵細胞在分化成熟過程中出現障礙。通過熒光標記ced-1基因發現生殖腺細胞凋亡數量增加[37]。研究顯示8.5 T的穩態強磁場并不會造成線蟲子代數的減少[38]，但在該強度的穩態磁場作用下會顯著降低卵的發育，并會輕微延遲發育時間。用AO染色后發現8.5 T磁場會增加生殖細胞凋亡數量，隨著暴露時間的增加凋亡越明顯。Bojjawar等[39]在研究脈沖電磁場對秀麗線蟲生殖系統的影響時發現，18 kV·m-1或62 kV·m-1的納米級脈沖電磁場會顯著增加線蟲卵母細胞數量，但卵母數量的增加并不意味著子代數就會增加，在卵母細胞數量增加的同時，伴隨著死卵的數量以及未受精的卵母細胞數量增加。以上研究結果表明，磁場對生殖系統的影響與磁場的類型有關，不同的磁場作用甚至相反，關于磁場的生殖系統作用仍需要進一步的探究。

3 生物污染物的生殖毒性研究(Study on reproductive toxicity of biological factors)

乙型肝炎病毒是一種DNA病毒，可以通過血液、精液和其他液體進行傳播，據統計全球約有20億人感染過乙肝病毒，每年約60萬人死于急性或慢性乙型肝炎[40]。Chen等[41]利用秀麗線蟲對乙肝病毒的毒性做了初步了解，通過在線蟲體內表達3種不同的表面抗原(大乙肝病毒表面抗原LHBsAg、中等乙肝病毒表面抗原MHBsAg和小乙肝病毒表面抗原SHBsAg)，發現3種不同的抗原均會使線蟲的孵化率、子代數減少，且阻礙生殖腺的發育，其中SHBsAg的作用最為顯著。Geng等[42]發現在線蟲體內表達乙肝病毒多功能蛋白(HBx蛋白)后線蟲的孵化率明顯降低，并伴有蟲袋現象，且胞內Ca2+濃度上升，細胞死亡數量增加。當線蟲感染肺炎克雷伯氏菌之后會出現產卵率低、蟲袋等現象，進一步研究發現感染肺炎克雷伯氏菌之后陰門發育相關基因(let-3)和產卵相關基因(lin-29)的表達均發生下調[43]，也就意味著肺炎克雷伯氏菌對線蟲的生殖毒性是由于性腺發育異常和產卵異常2部分原因共同造成的。利用秀麗隱桿線蟲對生物污染物的生殖毒性的評價結果見表2。

4 生殖毒性機制(Reproductive toxicity mechanism)

秀麗線蟲與人類同源性高，高等動物具備的基本生理過程、氧化應激反應和許多重要的通路在秀麗線蟲中都具有一定的保守性[44]，可直接通過熒光標記觀察線蟲在環境改變后細胞內的變化[12]。近年來利用秀麗線蟲進行的環境污染物生殖毒理學研究表明，不同環境因素產生的生殖毒性與因素本身特點、劑量高低和生物時期等有較大關系，其潛在機制包括氧化應激、DNA損傷和內質網應激等。

4.1 氧化應激

氧化應激是體內自由基產生的一種負面作用，與疾病的產生以及生物體的衰老都存在著一定的關系。導致氧化應激的因素很多，例如活性氧自由基超氧陰離子、羥基自由基以及活性氮自由基一氧化氮、二氧化氮等都會導致氧化應激的產生。文獻報道在多種環境物質誘導生殖毒性時，氧化應激在其中起到了一定的作用。在研究Hg對線蟲造成的生殖毒性時，發現線蟲體內的Hsp-16.2表達量和活性氧物種(ROS)量顯著升高，當用維生素E預處理后再進行暴露，可以明顯緩解由于Hg造成的生殖損傷[45]。clk-2、isp-1基因是與氧化損傷呈正相關的基因，mev-1、gas-1是與氧化損傷呈負相關的基因，在Hg造成線蟲生殖缺陷時，clk-2、isp-1的表達量增加，而mev-1、gas-1的表達量則減少，由此推測氧化損傷在Hg造成線蟲生殖缺陷的過程中扮演著很重要的角色。在對溴二苯醚的生殖毒性研究中發現，線蟲體內ROS水平顯著上升，表明氧化損傷對溴二苯醚誘導生殖細胞的凋亡起到了關鍵作用[29]。在磷化氫(PH3)延緩線蟲發育的試驗中，線蟲體內GSH的含量顯著上升，推測PH3可能是引起氧化損傷而發揮延緩發育的作用，在低濃度的PH3存在時，這種作用可以被體內增加的GSH緩解，用DEM(谷胱甘肽消耗劑)和PH3共同作用于線蟲時，發現低濃度的PH3就可以導致線蟲發育遲緩，同時線蟲體內的GSH含量、SOD活性都發生下降，判斷這種結果是由于DEM消耗了體內的GSH，當PH3產生氧化損傷時，線蟲喪失了部分抗氧化能力，造成線蟲發育遲緩[46]。這與Mora等[47]之后的研究結果相似，他們發現在線蟲的胚胎發育過程中gsr-1基因是必不可少的，而gsr-1的作用即是將氧化性谷胱甘肽(GSSH)還原為GSH而起到抗氧化作用，避免外源化學物質對胚胎發育產生影響。Du等[28]通過JC-1染料檢測發現，硫丹暴露可導致線蟲線粒體膜電位異常，此外氧敏感型突變品系mev-1對硫丹的生殖毒性敏感性更強，都證明了氧化應激是硫丹誘導生殖損傷的機制之一。

4.2 DNA損傷

DNA損傷可能會造成生物體基因型的突變，甚至可能會導致某些功能的喪失，更嚴重的則會直接使個體死亡。環境中的某些化學物質如亞硝酸鹽、烷化劑等，以及一些物理因素如紫外線、電離輻射等都被證明會造成DNA損傷，從而導致生物學功能及生物體結構的變化。同樣DNA損傷在線蟲的生殖細胞凋亡中起到了關鍵的作用，已證明在線蟲生殖細胞凋亡過程中起作用的基因有hus-1、mrt-2、clk-2、cep-1和egl/phg-1等[48]，其中DNA損傷檢驗點基因hus-1發揮著極為重要的作用。對線蟲相關基因的研究將會對人類相關疾病的探索起到推動作用。在研究氧化石墨烯(GO)的生殖毒性時發現，其生殖損傷可能是由GO誘導DNA損傷進而觸發下游一系列有關細胞凋亡的信號通路而引起的，并提出了hus-1/clk-2-cep-1/p53-egl-1-ced-4-ced-3信號級聯通路參與GO誘導的線蟲生殖細胞毒性的分子機制[24]。Weidhaas等[34]在研究輻射引起陰門細胞死亡的過程中也發現，DNA損傷在其中扮演著重要的角色，但這種損傷引起的細胞死亡可能是與細胞凋亡不同的細胞壞死，通過對hus-1、clk-2和cdc-25等參與DNA損傷反應(DNA damage response, DDR)信號通路的基因突變證明DDR途徑是保護生殖細胞死亡所必需的。Du等[28]利用hus-1、egl-1等基因的突變體發現硫丹暴露后的生殖腺細胞凋亡數量相較于野生型有所下降，這同樣證明DNA損傷響應通路在硫丹誘導的生殖細胞凋亡過程中起到了重要作用。這種機制在研究溴二苯醚的生殖毒性時也同樣被驗證，hus-1和cep-1的突變品系可對溴二苯醚誘導的生殖細胞凋亡起到抑制作用[29]。

4.3 其他機制

在目前的研究中氧化應激和DNA損傷是討論較廣泛的2種生殖毒性響應機制，除此以外，內質網應激、MAPK信號通路以及神經損傷等也有相關報道。內質網是真核生物中蛋白質合成、折疊、組裝和運輸的重要場所，當外界因素使細胞內質網功能發生紊亂時，未折疊及錯誤折疊的蛋白質會在內質網內過度積累，此時細胞會激活相關通路引發內質網應激，甚至誘導細胞凋亡。研究人員發現乙肝病毒LHBsAg、MHBsAg在誘導秀麗線蟲生殖毒性的同時能顯著上調與內質網應激有關信號通路基因(enpl-4、hsp-4和pdi-3)表達的上調[41]。而納米二氧化硅則可能是通過線蟲神經系統損傷引起的生殖衰老，因為納米二氧化硅的作用可以被鎮痙劑乙琥胺片所緩解[22]。MAPK信號通路是普遍存在于多種生物細胞中的重要信號通路，參與了細胞的分化、生長和凋亡等多種生理過程。sek-1、mek-1是MAPK信號通路中重要的下游基因，在研究BDE-3誘導細胞凋亡時發現，sek-1、mek-1的突變對BDE-3誘導的凋亡起到抑制作用[29]。此結果在研究硫丹的生殖毒性時也同樣被證明，Wang等[49]用硫丹處理JNK/MAPK中的jnk-1突變品系以及P38/MAPK途徑中的sek-1、pmk-1突變品系后，發現該突變品系可抑制硫丹誘導的生殖細胞凋亡，表明jnk-1、sek-1以及pmk-1在硫丹誘導生殖腺細胞凋亡過程中起到了重要作用。陳茜和屠偉峰的[50]研究表明，MAPK通路是與氧化應激相關聯的，雙氧水(H2O2)能夠刺激細胞產生大量自由基，引起脂質過氧化，用H2O2處理細胞后，細胞生存能力下降，促進ERK1/2、JNK1/2和p38的磷酸化，磷酸化是MAPK信號通路激活的重要過程。

5 總結與展望(Summary and prospect)

環境問題已成為21世紀每個國家高度關注的問題，解決和預防各種常見及新的環境問題對整個地球和人類可持續發展有著重大的意義。生殖系統是生物繁衍后代的重要系統，生殖系統損傷會嚴重影響到生物的繁衍，研究外源物質對生殖系統的影響是評價外源物質生物效應的一個重要方面。模式生物秀麗隱桿線蟲遺傳背景清楚、生命周期短、行為反應模式穩定且易于實驗操作，在環境污染物毒理學評價中起到了非常關鍵的作用。環境因素造成的線蟲生殖毒性主要涉及生殖細胞凋亡數的增加、生殖腺發育障礙以及繁殖能力的下降等，并且這種效應一般會隨著暴露劑量和時間的增加而增強，甚至某些物質的生殖毒性還會遺傳到子代中；在分子水平上，外源物質會誘導細胞內的活性氧水平、GSH水平以及SOD活性等的改變；MAPK通路、DNA損傷響應通路等在響應外源污染物誘導的生殖毒性上也發揮著重要作用。然而不同響應機制之間是否存在關聯性、幼蟲與成蟲之間敏感性差異的原因以及污染物的傳代效應是否存在有效的緩解方式等問題，都需要在將來的工作中進一步探討。近年來腸道微生物已被證明與多種疾病的發生發展存在著一定的關聯，基于秀麗線蟲展開的腸道微生物研究也取得了矚目的進展，但腸道微生物是否在介導環境污染物誘導的生殖損傷上起到一定作用仍需探究。隨著基因編輯技術、高通量篩選技術的發展以及線蟲突變株獲取的便利性使得基于線蟲的生殖毒性研究變得越來越容易，利用秀麗線蟲來有效評價環境污染物的生殖毒性將會變得越來越成熟。