氟是对生物危害严重的主要环境污染物，部分养殖水体含氟量高，对鱼类产生毒害效应。申请者前期研究发现，高氟能引起鲤鱼鳃抗氧化应激和组织病理学变化，并诱导鱼鳃细胞凋亡。已有研究表明，MAPKs通路与渗透调节或氟诱导的细胞凋亡密切相关，但MAPKs通路对氟中毒鱼鳃渗透调节的作用机制并不清楚。本项目拟模拟水氟污染，以氟暴露鱼鳃为材料，运用荧光定量PCR、免疫印迹和免疫组化等组织形态学、细胞生物学与分子生物学手段，研究氟中毒鲤鱼鳃及鳃细胞中MAPKs信号通路相关激酶ERK1/2、JNK、p38与渗透调节相关因子钠钾ATP酶（Naα5）、渗透调节转录因子1（Ostf1）、囊性纤维化跨膜调节因子（Cftr）、水通道蛋白1（Aqp1）、钠氢交换器3（Nhe3）之间的相互作用，阐明MAPKs信号通路对氟中毒鱼鳃渗透调节的调控机制，为更深入研究氟对鱼类渗透调节功能的影响提供科学依据。

Fluoride is one of the main environmental pollutants that harms the health of organisms. High levels of fluoride in the fish ponds caused damages to fish. Our early results demonstrated that elevated fluoride levels caused oxidative stress, histopathological changes, and apoptosis in the gills of carp (Cyprinus carpio). Previous studies showed that MAPKs signaling pathways are closely related to the osmotic regulation or fluoride-induced apoptosis. However, it is unclear that the functional mechanisms of MAPKs signal pathways in the osmotic regulation of the gills in Common carp exposed to high fluoride. The proposed research intends to study the interaction of ERK1/2, JNK, and p38 kinases in MAPKs signaling pathways and osmotic regulation related factors in branchial cells, such as Na+/K+-ATPase α-subunits (Naα5), Osmotic regulation of transcription factors 1 (Ostf1), Cystic fibrosis transmembrane regulator (Cftr), Aquaporin1(Aqp1), Sodium hydrogen exchanger3 (Nhe3) using real-time quantitative PCR, Western blotting and immunohistochemistry methods in fluoride-exposed gills based on their pollution situations in the water. Our study will clarify the mechanisms of MAPKs signaling pathways in the osmotic regulation of the gills of C. carpio induced by fluoride. Our results could also provide valuable information for the effects of fluoride on osmotic regulation in fish.

氟是对生物危害严重的主要环境污染物，部分养殖水体含氟量高，对鱼类产生毒害效应。我们前期研究发现，高氟能引起鲤鱼鳃抗氧化应激和组织病理学变化，并诱导鱼鳃细胞凋亡。已有研究表明，MAPKs通路与渗透调节或氟诱导的细胞凋亡密切相关，但MAPKs通路对氟中毒鱼鳃渗透调节的作用机制并不清楚。本项目拟模拟水氟污染，以氟暴露鱼鳃及鳃细胞为材料，运用细胞培养、转染、荧光定量PCR、免疫印迹和免疫组化等组织形态学、细胞生物学与分子生物学手段，研究氟中毒鲤鱼鳃及鳃细胞中MAPKs信号通路相关激酶ERK1/2、JNK、p38与渗透调节相关因子之间的相互作用。结果表明，caspase-3活性随着氟暴露剂量的增加而增加。ERK相对活性随着氟暴露浓度的增加而降低，而JNK相对活性随着氟暴露剂量的增加而降低，同时，氟的暴露不影响p38活性。此外，用MAPK特异性抑制剂处理鱼鳃细胞分别有效地阻止了JNK的激活及ERK的抑制，同时也逆转了caspase-3活性。结果表明，氟暴露鱼鳃ROS的增加及抗氧化能力的降低引起了JNK的激活及ERK的失活，最终引起氟中毒鱼鳃细胞的凋亡。JNK的激活及ERK的失活机制在氟诱导的鱼鳃细胞损伤中起着重要作用。实时荧光定量结果表明，氟的长期暴露显著增加了鱼鳃OSTF1表达水平，而显著降低了Na+-K+-ATPase表达水平，CFTR和AQP-3表现出相似的表达模式。然而，氟暴露并没有影响NHE-1的表达。免疫印迹和免疫组织化学结果表明，除了NHE-1蛋白外，其余蛋白均在鱼鳃细胞的细胞质或细胞膜中广泛表达，且表达模式与mRNA表达相一致。虽然NHE-1mRNA表达水平不显著，但氟暴露显著提高了NHE-1蛋白表达水平。以上结果表明，渗透调节相关因子的变化与鳃组织病理学变化密切相关，特别是氟暴露鱼鳃的细胞膜损伤。鱼鳃损伤最终干扰离子平衡，从而降低了鱼鳃渗透压。以上发现将有助于更好地了解氟干扰鱼鳃离子平衡的潜在机制及氟中毒鱼鳃和细胞的初始分子和细胞机制。