皮質(zhì)醇及其衍生物(倍他米松)對(duì)青鳉性腺分化影響的探究

向家志, 蘇冒亮, 張俊彬, 2, *

皮質(zhì)醇及其衍生物(倍他米松)對(duì)青鳉性腺分化影響的探究

向家志1, 蘇冒亮2, 3, 張俊彬1, 2, *

1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心, 上海 201306 2. 深圳大學(xué)生命科學(xué)與海洋學(xué)院海洋生物資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)深圳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 深圳 518060 3. 深圳大學(xué)光電工程學(xué)院光電子器件與系統(tǒng)教育部和廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 深圳 518060

皮質(zhì)醇(Cortisol)是魚(yú)類(lèi)主要的糖皮質(zhì)激素, 其含量的高低變化會(huì)對(duì)魚(yú)類(lèi)性別分化與性激素合成產(chǎn)生關(guān)鍵影響。倍他米松(Betamethasone)是由人工合成的皮質(zhì)醇衍生物, 在多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的自然水域中被頻繁檢測(cè)到, 對(duì)魚(yú)類(lèi)的生殖造成了很大的危害。本研究以日本青鳉()為實(shí)驗(yàn)對(duì)象, 將獲得的青鳉胚胎分別暴露于含20、200和2000 ng·L-1倍他米松或皮質(zhì)醇的孵化液中, 研究皮質(zhì)醇及其衍生物－倍他米松對(duì)青鳉仔魚(yú)階段性激素合成酶與性腺分化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)基因表達(dá)的影響, 評(píng)估其對(duì)性腺分化與生殖內(nèi)分泌的影響。結(jié)果表明, 2000 ng·L-1皮質(zhì)醇暴露加速青鳉胚胎孵化, 孵化時(shí)間提前1天, 200與2000 ng·L-1暴露組倍他米松胚胎孵化時(shí)長(zhǎng)延緩2天。在仔魚(yú)性腺分化階段, 皮質(zhì)醇與倍他米松處理都引起類(lèi)固醇激素合成酶與性腺分化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)基因表達(dá)的顯著變化。皮質(zhì)醇處理下仔魚(yú)的基因表達(dá)水平均出現(xiàn)顯著下降(<0.05), 對(duì)雌雄激素合成具有抑制效果, 且抑制效果與暴露濃度呈正相關(guān)。倍他米松處理下,基因表達(dá)水平顯著下降, 且基因表達(dá)水平顯著上升(<0.05), 該結(jié)果提示倍他米松處理對(duì)青鳉仔魚(yú)有潛在的雄性化。倍他米松與皮質(zhì)醇暴露下,基因表達(dá)水平均下降, 該結(jié)果表明兩種糖皮質(zhì)激素暴露會(huì)延緩仔魚(yú)性腺的分化過(guò)程。綜上所述, 皮質(zhì)醇與倍他米松的暴露均會(huì)干擾生殖內(nèi)分泌系統(tǒng), 并延緩仔魚(yú)的性腺分化, 其中倍他米松暴露可能會(huì)誘導(dǎo)仔魚(yú)的雄性化。

倍他米松; 皮質(zhì)醇; 青鳉; 性腺分化; 基因表達(dá)

0 前言

皮質(zhì)醇(Cortisol)是硬骨魚(yú)類(lèi)主要的糖皮質(zhì)激素, 由腎間組織分泌合成，參與多種應(yīng)激反應(yīng), 調(diào)節(jié)體內(nèi)血糖、滲透壓平衡與免疫功能[1]。大量研究表明，硬骨魚(yú)體內(nèi)皮質(zhì)醇水平的高低對(duì)魚(yú)類(lèi)性腺分化有著關(guān)鍵影響。高溫誘導(dǎo)下日本比目魚(yú)()體內(nèi)皮質(zhì)醇含量升高，抑制芳香化酶(Aromatase)基因表達(dá)，同時(shí)出現(xiàn)雌至雄性逆轉(zhuǎn)的現(xiàn)象[2]。暴露皮質(zhì)醇下的日本雌性青鳉()出現(xiàn)雄性表型[3]。暴露皮質(zhì)醇抑制日本比目魚(yú)卵巢發(fā)育, 導(dǎo)致魚(yú)群雄性比例上升[4]。體內(nèi)皮質(zhì)醇含量升高會(huì)導(dǎo)致魚(yú)體內(nèi)雄激素分泌增加，從而誘導(dǎo)雌魚(yú)雄性化[5]。

倍他米松(Betamethasone)是人工合成糖皮質(zhì)激素類(lèi)(Synthetic glucocorticoids)藥物，被用于治療炎癥與過(guò)敏等癥狀[6]。人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致倍他米松隨醫(yī)療、畜牧、生活廢水進(jìn)入自然水環(huán)境中[7-9]。醫(yī)院排放的醫(yī)療廢水中倍他米松含量可高至1720 ng·L-1[7]。與皮質(zhì)醇相比，倍他米松在環(huán)境中更難降解[10]。工業(yè)化污水處理無(wú)法完全降解和消除水體中的倍他米松，其清除率只有68—85.5%[7-8]。因未經(jīng)處理的廢水排放導(dǎo)致在巴西Doce河流某段流域中倍他米松平均濃度高達(dá)246 ng·L-1[8-9]。在瑞士、捷克、英國(guó)等多個(gè)國(guó)家的自然水環(huán)境測(cè)出倍他米松平均濃度范圍在1—15 ng·L-1[7]。倍他米松會(huì)通過(guò)與魚(yú)體內(nèi)的糖皮質(zhì)激素受體結(jié)合，行使糖皮質(zhì)激素功能, 對(duì)于性腺分化有著關(guān)鍵影響。目前研究表明倍他米松暴露會(huì)影響斑馬魚(yú)()胚胎性激素合成途徑酶、性激素受體的基因表達(dá)[11]，長(zhǎng)期處理則會(huì)導(dǎo)致雄性青鳉出現(xiàn)雌性第二性征[12]。故魚(yú)類(lèi)暴露于倍他米松會(huì)通過(guò)干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)，擾亂魚(yú)類(lèi)性腺分化與發(fā)育過(guò)程，進(jìn)一步導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)生殖能力受損, 對(duì)生態(tài)穩(wěn)定帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。因此，倍他米松對(duì)于魚(yú)類(lèi)生殖的影響值得深入探究。

日本青鳉因具有胚胎透明、第二性征明顯、性成熟時(shí)間短、性別可塑性強(qiáng)及對(duì)環(huán)境污染物敏感等特點(diǎn), 已被廣泛應(yīng)用于毒理學(xué)等領(lǐng)域研究中，是研究污染物毒性效應(yīng)的良好模型生物。本研究選用日本青鳉魚(yú)為實(shí)驗(yàn)魚(yú), 基于環(huán)境中倍他米松濃度對(duì)其胚胎進(jìn)行暴露，觀察胚胎孵化情況, 測(cè)定倍他米松與皮質(zhì)醇處理后仔魚(yú)階段性激素合成途徑相關(guān)基因 aromatase ()hydroxysteroid 17-beta dehy-drogenase 3()、hydroxysteroid 11-beta dehy-drogenase 2()與性腺分化相關(guān)基因gonadal soma derived factor()、doublesex and mab-3 related transcription factor 1()、forkhead box L2()的相對(duì)表達(dá)變化，評(píng)估倍他米松與皮質(zhì)醇暴露處理對(duì)性腺分化與生殖內(nèi)分泌的潛在影響，為探究糖皮質(zhì)激素類(lèi)污染物對(duì)魚(yú)類(lèi)胚胎與生殖毒理機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 主要儀器與試劑

倍他米松(CAS號(hào)：378-44-9，純度≥98.5%)購(gòu)于薩恩華公司(中國(guó))；皮質(zhì)醇(CAS號(hào)：50-23-7，純度≥99%)購(gòu)于Med Chem Express公司；總RNA提取試劑(TRIzol)購(gòu)于Thermo Fisher公司；逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(RR037A)與熒光定量試劑盒(DRR820A)購(gòu)于Takara公司；無(wú)水乙醇, 氯化鈉(NaCl)，氯化鉀(KCl)等其余試劑購(gòu)為分析純, 購(gòu)于生工生物工程公司。體視顯微鏡型號(hào)為DM500，購(gòu)于Leica公司。實(shí)時(shí)熒光定量?jī)x型號(hào)為Applied Biosystems 7300 Real- Time PCR System，購(gòu)于Thermo Fisher公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

青鳉親魚(yú)購(gòu)自Shanghai FishBio公司, 平均體質(zhì)量0.35±0.5 g，養(yǎng)殖于20 L透明水箱, 水溫維持25 ± 1 ℃，早晚各投喂鮮活鹵蟲(chóng)餌料一次，保持每日光暗比為14 h:10 h。每日收集青鳉胚胎, 放入清水用鑷子將其逐個(gè)分開(kāi)，通過(guò)體式顯微鏡觀察剔除未受精胚胎。

1.3 暴露實(shí)驗(yàn)

青鳉魚(yú)胚胎孵化液為5 g NaCl, 3 g KCl, 0.4 g CaCl2·2H2O, 1.6 g MgSO4·7H2O溶于1 L無(wú)菌水中。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置空白組、對(duì)照組(等量無(wú)水乙醇處理)、倍他米松處理組(倍他米松質(zhì)量濃度為20、200、2000 ng·L-1)及皮質(zhì)醇處理組(皮質(zhì)醇質(zhì)量濃度為20、200、2000 ng·L-1)，所有藥物均用無(wú)水乙醇溶解。青鳉胚胎(n=200)養(yǎng)殖在各實(shí)驗(yàn)組培養(yǎng)皿中，每隔12 h更換孵化液并剔除死亡胚胎。在仔魚(yú)出膜后3 d，投喂少量鮮活鹵蟲(chóng)餌料，養(yǎng)至孵化后14 d，收集各實(shí)驗(yàn)組仔魚(yú)，經(jīng)液氮處理后存入-80℃冰箱。

1.4 引物合成

根據(jù)NCBI上已公布的青鳉性腺分化相關(guān)基因(NM_001278879)、(NM _001104888)、(AF319994)、(NM_001177742), 類(lèi)固醇合成酶相關(guān)基因(XM_011478970)、(NM_001104791)以及內(nèi)參基因-(XM_ 023958833) mRNA序列，利用Primer 5.0設(shè)計(jì)基因特異性引物，并由生工生物工程(上海)合成。引物序列見(jiàn)表1。利用PCR技術(shù)擴(kuò)增目的片段，并利用瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR產(chǎn)物，后續(xù)通過(guò)膠回收回收目的片段，連接至pGEM-T Easy載體，并轉(zhuǎn)化到DH5α感受態(tài)細(xì)胞中，挑選單克隆菌落送測(cè)(上海生工)，利用NCBI BLAST(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/ BLAST)對(duì)測(cè)序結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。

表1 引物序列

1.5 cDNA合成

樣品經(jīng)低溫研磨后, 采用TRIzol法提取總RNA，后用DEPC水溶解RNA。所有RNA樣品通過(guò)凝膠電泳檢測(cè)完整性，并用Nanodrop 2000(Thermo Scientific)測(cè)定RNA濃度、純度。取500 ng RNA, 使用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒將其反轉(zhuǎn)合成cDNA, 后保存入-20 ℃。

1.6 基因表達(dá)變化的檢測(cè)

用反轉(zhuǎn)的cDNA樣品為模板，采用SYBR?Premix Ex Taq試劑盒進(jìn)行定量。實(shí)時(shí)熒光定量PCR (real-time quantitative polymerase chain reaction, RT- qPCR)體系(20 μL)：10 μL SYBR，0.4 μL ROX Reference Dye，2 μL cDNA模板，6μL無(wú)菌水，上下游引物(10pmol)各0.8μL。RT-qPCR 程序?yàn)?: 95 ℃預(yù)變性 30 s，40個(gè)循環(huán)(95 ℃下 5 s, 60 ℃下 30s)，10 ℃下 20 min。得到數(shù)據(jù)后采用 2-△△CT法分析。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

定量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均以Mean士S.E.M.表示，使用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行用單因素方差分析(one-way ANOVA)，*<0.05為顯著差異。用Origin 8.0軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 青鳉胚胎孵化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

在胚胎孵化至仔魚(yú)養(yǎng)殖期間, 空白組與對(duì)照組的胚胎與仔魚(yú)死亡率分別達(dá)到2.1%、3.2%。在2000 ng·L-1倍他米松暴露組死亡率最高達(dá)到5.2% (表2)，該結(jié)果與對(duì)照組死亡率無(wú)明顯差異。空白組與對(duì)照組在13 d時(shí)孵化率均達(dá)到90%以上。2000 ng·L-1皮質(zhì)醇暴露組在12 d時(shí)孵化率達(dá)到90%，相比對(duì)照組青鳉胚胎孵化時(shí)長(zhǎng)縮短1 d。200與2000 ng·L-1倍他米松暴露組分別在15 d與16 d時(shí)孵化率達(dá)到90%，相較對(duì)照組青鳉胚胎孵化時(shí)長(zhǎng)增加2 d。(圖1)。

2.2 青鳉仔魚(yú)基因相對(duì)表達(dá)結(jié)果

RT-qPCR結(jié)果分析后顯示，對(duì)照組與空白組中青鳉仔魚(yú)性別決定基因與類(lèi)固醇合成酶、與基因相對(duì)表達(dá)無(wú)顯著差異，證明本實(shí)驗(yàn)以無(wú)水乙醇為處理組溶劑對(duì)基因表達(dá)并無(wú)顯著影響。皮質(zhì)醇暴露組所測(cè)各個(gè)基因相對(duì)表達(dá)量與濃度呈明顯負(fù)相關(guān)性。相較對(duì)照組, 20 ng·L-1皮質(zhì)醇暴露組,基因相對(duì)表達(dá)顯著下降約2倍(<0.05)。200 ng·L-1和2000 ng·L-1皮質(zhì)醇暴露組、、與基因相對(duì)表達(dá)均出現(xiàn)顯著下降(<0.05)，在2000 ng·L-1暴露組所測(cè)各個(gè)基因相對(duì)表達(dá)皆下降10倍以上。倍他米松暴露組青鳉仔魚(yú)基因表達(dá)較與對(duì)照組，基因相對(duì)表達(dá)顯著下降至約6倍(<0.05)；基因表達(dá)在20與200 ng·L-1基因表達(dá)均顯著升高(<0.05)；基因表達(dá)在顯著下降(<0.05)， 20， 200， 200 ng·L-1倍他米松暴露組分別降低2.2、13.6、17.6倍?；蛳鄬?duì)表達(dá)在各濃度均有顯著升高(<0.05), 但表達(dá)升高趨勢(shì)與暴露濃度呈負(fù)相關(guān)性, 其余所測(cè)基因表達(dá)均無(wú)顯著變化(圖2, 圖3, 圖4)。

3 討論與結(jié)論

水體環(huán)境中類(lèi)糖皮質(zhì)激素污染物干擾水生生物性腺分化與發(fā)育過(guò)程，造成水生生物生殖能力損傷，對(duì)生態(tài)健康造成巨大威脅。本研究通過(guò)青鳉胚胎暴露環(huán)境相關(guān)濃度的倍他米松與皮質(zhì)醇下，發(fā)現(xiàn)胚胎在倍他米松與皮質(zhì)醇處理下孵化速率有著不同趨勢(shì)，死亡率均小于5.2%。在對(duì)仔魚(yú)階段性別決定與類(lèi)固醇合成酶基因相對(duì)表達(dá)進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)暴露倍他米松與皮質(zhì)醇均顯著改變基因相對(duì)表達(dá)量，且兩者影響基因相對(duì)表達(dá)的趨勢(shì)存在巨大差異，但都表明對(duì)魚(yú)類(lèi)性激素合成與性腺分化均存在潛在的不利影響。

本研究發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)醇與倍他米松處理對(duì)青鳉胚胎孵化時(shí)長(zhǎng)有著不同影響。皮質(zhì)醇暴露后縮短青鳉胚胎孵化時(shí)間, 有報(bào)道表明其他合成糖皮質(zhì)激素類(lèi)如強(qiáng)的松龍[13]、醋酸氟氯可的松[14]、丙酸氯倍他索[15]等均有加速胚胎孵化情況。該現(xiàn)象可能是由于暴露糖皮質(zhì)激素可能導(dǎo)致孵化酶提前釋放, 從而加速胚胎孵化[16]。外源性糖皮質(zhì)激素倍他米松處理有延緩青鳉胚胎孵化現(xiàn)象, 但具體原因有待進(jìn)一步探究。

表2 青鳉存活率

圖1 青鳉胚胎孵化時(shí)間

Figure 1 Hatching time of medaka embryos

圖2 皮質(zhì)醇或倍他米松暴露下青鳉仔魚(yú)cyp19a1a、foxl2基因相對(duì)表達(dá)量

Figure 2 Relative expression levels of,mRNA in medaka larvae by cortisol or betamethasone exposure

圖3 皮質(zhì)醇或倍他米松暴露下青鳉仔魚(yú)dmrt1、gsdf基因相對(duì)表達(dá)量

Figure 3 Relative expression levels of,mRNA in medaka larvae by cortisol or betamethasone exposure

圖4 皮質(zhì)醇或倍他米松暴露下青鳉仔魚(yú)hsd17b3、hsd11b2基因相對(duì)表達(dá)量

Figure 4 Relative expression levels of,mRNA in medaka larvae by cortisol or betamethasone exposure

未分化性腺是經(jīng)一系列復(fù)雜的調(diào)控過(guò)程下分化發(fā)育成精巢與卵巢。本研究中測(cè)定四類(lèi)性腺分化關(guān)鍵調(diào)控基因，對(duì)兩類(lèi)糖皮質(zhì)激素對(duì)仔魚(yú)階段性腺分化的分子層面影響進(jìn)行初步探究。是脊椎動(dòng)物卵巢決定與分化的標(biāo)志性啟動(dòng)基因，它表達(dá)水平調(diào)控著基因表達(dá)[17]?；虮磉_(dá)的產(chǎn)物為P450芳香化酶，是負(fù)責(zé)將睪酮轉(zhuǎn)化為雌激素的限速催化酶，因此基因表達(dá)水平對(duì)雌激素合成與卵巢分化起著重要的作用[18]。高溫誘導(dǎo)體內(nèi)高水平皮質(zhì)醇抑制了日本牙鲆性腺基因表達(dá)[2]。暴露倍他米松斑馬魚(yú)胚胎導(dǎo)致基因表達(dá)水平顯著下降[11]。與前兩則研究結(jié)果相似，本研究中暴露皮質(zhì)醇與倍他米松下均抑制青鳉仔魚(yú)基因的表達(dá)。基因僅在皮質(zhì)醇誘導(dǎo)下表達(dá)顯著降低(<0.05)，且與皮質(zhì)醇處理組濃度呈負(fù)相關(guān)性，倍他米松處理組基因表達(dá)并無(wú)顯著變化。綜上表明皮質(zhì)醇可能通過(guò)降低基因表達(dá)的途徑，進(jìn)而抑制基因表達(dá)，而倍他米松處理組則通過(guò)其他通路途徑抑制基因的表達(dá)。

硬骨魚(yú)類(lèi)性腺分化期間基因會(huì)在雄性生殖細(xì)胞與體細(xì)胞中特異高水平表達(dá)，在日本青鳉中缺失基因，會(huì)導(dǎo)致精巢里生殖細(xì)胞退化，使雄性青鳉發(fā)生性逆轉(zhuǎn)[19]。同時(shí)基因的過(guò)表達(dá)會(huì)引起雌魚(yú)雄性化[20]。在本研究中，基因表達(dá)水平僅在20與200 ng·L-1倍他米松暴露組仔魚(yú)中出現(xiàn)顯著升高(<0.05)，該結(jié)果表明倍他米松可能誘導(dǎo)仔魚(yú)雄性化趨勢(shì)?；?qū)儆谏L(zhǎng)轉(zhuǎn)化因子TGF-β家族。在青鳉魚(yú)中敲除基因, 出現(xiàn)100%雌性青鳉現(xiàn)象[21]，表明在青鳉魚(yú)基因表達(dá)是維持未分化性腺向精巢分化所不可或缺。本研究中，兩種糖皮質(zhì)激素暴露皆引起青鳉仔魚(yú)的基因表達(dá)的顯著下降(<0.05)，這與一些研究中發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)醇增加能引起基因表達(dá)上升結(jié)果并不一致[3]。本研究推測(cè)可能是由于實(shí)驗(yàn)魚(yú)生命階段不同，處理方式不同和誘導(dǎo)方式等多個(gè)實(shí)驗(yàn)條件差異導(dǎo)致結(jié)果差異。在性腺分化過(guò)程中, 原生殖細(xì)胞會(huì)分化為精原細(xì)胞與卵母細(xì)胞，后經(jīng)分化與發(fā)育后形成相應(yīng)的成熟配子?；蛑饕诰仓兄С旨?xì)胞與卵巢中顆粒細(xì)胞中表達(dá)，對(duì)性腺中原生殖細(xì)胞與精原細(xì)胞的增殖起著重要作用[22]。因此基因在皮質(zhì)醇與倍他米松暴露下表達(dá)水平顯著下降(<0.05), 可能延緩仔魚(yú)的性腺分化過(guò)程。

基因定量結(jié)果表明在皮質(zhì)醇暴露組會(huì)引起它們表達(dá)水平顯著降低(<0.05)，倍他米松組中基因無(wú)顯著變化，但與暴露濃度呈負(fù)相關(guān)性，該結(jié)果指出皮質(zhì)醇與倍他米松暴露處理后可能誘導(dǎo)基因表達(dá)的下降，對(duì)仔魚(yú)時(shí)期雌雄激素的“原料”睪酮的合成具有潛在不利影響[23]。暴露皮質(zhì)醇誘導(dǎo)魚(yú)體內(nèi)11-酮基睪酮(11-ketotesto-sterone,11-KT)分泌增加，進(jìn)而引起雌魚(yú)的雄性化，在此過(guò)程中同時(shí)參與雄激素11-KT和皮質(zhì)醇的合成的11β-羥基類(lèi)固醇脫氫酶2可能起到關(guān)鍵作用[5]?；虮磉_(dá)在皮質(zhì)醇暴露組與倍他米松暴露組中出現(xiàn)顯著差異性表達(dá)，在皮質(zhì)醇暴露組顯著下降，倍他米松處理組顯著上升趨勢(shì)(<0.05)。皮質(zhì)醇暴露組中基因表達(dá)顯著下降可能是高水平的皮質(zhì)醇引起的下丘腦-垂體-間腎軸的負(fù)反饋調(diào)節(jié)[24]。

性激素由膽固醇在各類(lèi)性激素途徑合成酶催化下合成，主要有維持性腺正常分化與發(fā)育，生殖細(xì)胞增殖分化，促進(jìn)配子成熟的功能。在兩種糖皮質(zhì)激素暴露下性激素合成途徑酶的基因相對(duì)表達(dá)都出現(xiàn)顯著的變化(<0.05)，該結(jié)果表明倍他米松與皮質(zhì)醇暴露會(huì)擾亂生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)，進(jìn)而影響仔魚(yú)的性腺分化過(guò)程[23]。皮質(zhì)醇與倍他米松暴露下基因表達(dá)均顯著下降(<0.05), 抑制雌激素的合成，并抑制仔魚(yú)未性腺向卵巢分化。同時(shí)，皮質(zhì)醇暴露下青鳉仔魚(yú)與基因表達(dá)顯著下降(<0.05)，對(duì)雄激素的合成具有抑制效果。因此, 皮質(zhì)醇的暴露可能會(huì)抑制性激素的合成，抑制效果與暴露濃度呈正相關(guān)。

綜上所述, 青鳉胚胎暴露皮質(zhì)醇與倍他米松至仔魚(yú)階段，基因相對(duì)定量結(jié)果表明皮質(zhì)醇與倍他米松暴露均會(huì)擾亂生殖內(nèi)分泌系統(tǒng)，并可能延緩仔魚(yú)性腺分化過(guò)程，其中倍他米松的暴露可能會(huì)誘導(dǎo)仔魚(yú)的雄性化。

[1] TAKAHASHI H, SAKAMOTO T. The role of ‘mineralocorticoids’ in teleost fish: relative importance of glucocorticoid signaling in the osmoregulation and ‘central’ actions of mineralocorticoid receptor[J]. General & Comparative Endocrinology, 2013, 181: 223–228.

[2] YAMAGUCHI T, KITANO T. High temperature induces cyp26b1 mRNA expression and delays meiotic initiation of germ cells by increasing cortisol levels during gonadal sex differentiation in Japanese flounder[J]. Biochemical & Biophysical Research Communications, 2012, 419(2): 287–292.

[3] KITANO T, HAYASHI Y. Estrogen Rescues Masculinization of Genetically Female Medaka by Exposure to Cortisol or High Temperature[J]. Molecular Reproduction and Development, 2012, 79(10): 719–726.

[4] HATTORI R S, FERNANDINO J I. Cortisol-Induced Masculinization: Does Thermal Stress Affect Gonadal Fate in Pejerrey, a Teleost Fish with Temperature-Dependent Sex Determination?[J]. Plos One, 2009, 4(8): e6548.

[5] PERRY A N, GROBER M S. A model for social control of sex change: interactions of behavior, neuropeptides, glucocorticoids, and sex steroids[J]. Hormones & Behavior, 2003, 43(1): 31–38.

[6] KEHRL J H, FAUCI A S. The clinical use of glucocorticoids[J]. Annals?of?Allergy, 1983, 50: 2–8

[7] MACIKOVA P, GROH K J, AMMANN A A, et al. Endocrine Disrupting Compounds Affecting Corticosteroid Signaling Pathways in Czech and Swiss Waters: Potential Impact on Fish[J]. Environmental Science & Technology, 2014, 48(21): 12902–12911.

[8] KUGATHAS S, WILLIAMS R J, SUMPTER J P. Prediction of environmental concentrations of glucocor-ticoids: The River Thames, UK, as an example[J]. Environment international, 2012, 40: 15–23.

[9] FOUREAUX A F S, REIS E O, LEBRON Y, et al. Rejection of pharmaceutical compounds from surface water by nanofiltration and reverse osmosis[J]. Separation & Purification Technology, 2019, 212: 171–179.

[10] HE Yuanzheng, YI Wei, KELLY S P, et al. Structures and mechanism for the design of highly potent glucocor-ticoids[J]. Cell Research, 2014, 24: 713–726.

[11] RAFFAEL A W, NOELIA S G, SUSANNE F, et al. Environmental glucocorticoids corticosterone, betame-thasone and flumethasone induce more potent physiological than transcriptional effects in zebrafish embryos[J]. Science of the Total Environment, 2019, 672: 183–191.

[12] VESTEL J S, HONG J Y, MENG Q, et al.JESSICA S V, JUNYAN H. The endocrine disruption potential of betamethasone using Japanese medaka as a fish model[J]. Human and ecological risk assessment, 2017, 23(4): 879– 894.

[13] PAUL L M, CAROLINA N, KATHERINE A S. Physiological and behavioral effects of exposureto environmentally relevant concentrations of prednisolone during zebrafish (Danio rerio) embryogenesis[J]. Environ-mental Science & Technology, 2016, 50(10): 5294–5304.

[14] ZHAO Yanbin, ZHANG Kun, FENT K. Corticosteroid fludrocortisone acetate targets multiple end points in zebrafish (Danio rerio) at low concentrations[J]. Environ-mental Science & Technology, 2016, 50(18): 10245–10254.

[15] WILLI R A, FALTERMANN S, HETTICH T, et al. Active Glucocorticoids Have a Range of Important Adverse Developmental and Physiological Effects on Developing Zebrafish Embryos[J]. Environmental ence & Technology, 2018, 52(2): 877–885.

[16] CLOUD J G. Deoxycorticosterone-induced precocious hatching of teleost embryos[J]. Journal of Experimental Zoology Part a Ecological Genetics & Physiology, 1981, 216(1): 197–199.

[17] BARON D, COCQUET J, FELLOUS M, et al. An evolutionary and functional analysis of FoxL2 in rainbow trout gonad differentiation[J]. Journal of Molecular Endocrinology, 2004, 33(3): 705–715.

[18] 亢逸, 關(guān)桂君, 洪云漢. 用模式生物青鳉概觀硬骨魚(yú)性別決定及性分化研究進(jìn)展[J]. 遺傳, 2017, 39(6): 441– 454.

[19] MASUYAMA H, YAMADA M, KAMEI Y, et al. Dmrt1 mutation causes a male-to-female sex reversal after the sex determination by Dmy in the medaka[J]. Chromosome Research, 2012, 20(1): 163–176.

[20] MATSUDA M, SHINOMIYA A, KINOSHITA M, et al. DMY gene induces male development in genetically female (XX) medaka fish[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2007, 104(10): 3865–3870.

[21] ZHANG Xi, GUAN Guijun, LI Mingyou, et al. Autosomal gsdf acts as a male sex initiator in the fish medaka[J]. Scientific Reports, 2016, 6: 19738.

[22] SHIBATA Y, PAUL-PRASANTH B, SUZUKI A. Expression of gonadal soma derived factor (GSDF) is spatially and temporally correlated with early testicular differentiation in medaka[J]. Gene Expression Patternts, 2010, 10(6): 283–289.

[23] 王慧, 田華, 汝少?lài)?guó). EEDs對(duì)魚(yú)類(lèi)性激素合成途徑干擾作用研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào), 2013, 8(03): 306–314.

[24] CHAPMAN K, HPLMES M, SECKL J. 11β- Hydroxysteroid Dehydrogenases: Intracellular Gate- Keepers of Tissue Glucocorticoid Action[J]. Physiological Reviews, 2013, 93(3): 1139–1206.

Effects of betamethasone and cortisol on gonad differentiation of Japanese medaka

XIANG Jiazhi1, SU Maoliang2, 3, ZHANG Junbin1, 2, *

1. National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China 2. Shenzhen Key Laboratory of Marine Bioresource & Eco-Environmental Science, College of Life Sciences and Oceanography, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China 3. Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province, College of Optoelectronic Engineering, Shenzhen University, Shenzhen518060, China

Cortisol, the main glucocorticoid in fish, plays a key role in gonad differentiation and sex hormone synthesis of fish. Betamethasone, as a cortisol derivative, is widely detected in aquatic environment and can cause the harm to reproduction capacity of fish. In order to study the effect of cortisol and its derivative-betamethasone on the expression of key gene of sex hormone synthase and gonad differentiation in medaka () larvae, and evaluate its effect on gonad differentiation and reproductive endocrine, the medaka embryos were exposed hatching-solution to larvae stage containing 20, 200, 2000 ng·L-1betamethasone and cortisol, respectively. The results showed that 2000 ng·L-1cortisol accelerated the embryos hatching time for 1 day, and 200 or 2000 ng·L-1betamethasone delayed the embryos hatching time for 2 days. During the gonad differentiation stage of larvae, both cortisol and betamethasone treatment caused significant changes in the expression levels of steroid hormone synthase genes and gonad differentiation-related genes. The expression levels of,,genes all decreased significantly (<0.05) by cortisol exposure, reflecting that cortisol treatment may inhibited sex hormone synthesis, and the inhibitory effect was positively correlated with cortisol concentration levels.Betamethasone exposure significantly reduced the expression levels of,, and significantly increased the expression levels of(<0.05). the results showed thatbetamethasone exposure could cause virilization. The expression levels ofgene decreased after cortisol or betamethasone treatment, which indicated the delay of the gonad differentiation of larvae. In summary, both cortisol and betamethasone exposure can disturb the reproductive endocrine system and delay the gonad differentiation of larvae. Betamethasone exposure can induce virilization of medaka larvae.

betamethasone; cortisol; Oryzias latipes; gonad differentiation; gene expression

10.14108/j.cnki.1008-8873.2021.05.003

X171.5

A

1008-8873(2021)05-016-07

2020-03-12;

2020-04-17基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41806177, 41976108); 中國(guó)博士后基金(2019M653010)

向家志(1995—), 男, 四川省廣元市人, 碩士研究生, 從事環(huán)境毒理學(xué)研究, E-mail: xiyiangxiang@163.com

通信作者:張俊彬, 男, 博士, 教授, 主要從事海洋魚(yú)類(lèi)生理研究, E-mail: jbzhang@szu.edu.cn

向家志, 蘇冒亮, 張俊彬. 皮質(zhì)醇及其衍生物(倍他米松)對(duì)青鳉性腺分化影響的探究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2021, 40(5): 16–22.

XIANG Jiazhi, SU Maoliang, ZHANG Junbin. Effects of betamethasone and cortisol on gonad differentiation of Japanese medaka[J]. Ecological Science, 2021, 40(5): 16–22.