環境に関連した濃度のサイペルメトリンとスルファメトキサゾールに共曝露されたイネ科魚類は免疫不全に陥り、その後のアエロモナス・ハイドロフィラ感染に対して脆弱である

Grass carps co-exposed to environmentally relevant concentrations of cypermethrin and sulfamethoxazole bear immunodeficiency and are vulnerable to subsequent Aeromonas hydrophila infection.

• Hongjing Zhao
• Yu Wang
• Menghao Guo
• Mengyao Mu
• Hongxian Yu
• Mingwei Xing

抄録

農薬や抗生物質の多用により、水生生態系は深刻なダメージを受けています。魚は、環境汚染と人の健康をつなぐ欠かせない存在です。しかし、環境に関連した濃度の農薬や抗生物質の魚類への毒性影響については、これまで十分な研究がなされていない。本研究では、イネ科魚類の脾臓にサイペルメトリン（CMN、0.651μg/L）またはスルファメトキサゾール（SMZ、0.3μg/L）を42日間暴露したところ、イネ科魚類の脾臓に酸化ストレス、アポトーシス、免疫不全が発生したことを明らかにした。CMNまたはSMZ暴露は、酸化的損傷（抗酸化酵素（スーパーオキシドジスムターゼ、カタラーゼ）の消費）と脂質過酸化（マロンジアルデヒドの蓄積）を引き起こし、アポトーシス（TUNEL指数、Bax/bcl-2、p53、pumaおよびCaspaseファミリーの発現の増加）を誘導した。また、免疫グロブリンM（IgM）、補体3（C3）の発現量は全群で有意に減少し、CMN群、MIX群ではC反応性蛋白質、MIX群ではリゾチームの発現量が減少する傾向が見られた。また、Toll様受容体（TLR）シグナル伝達経路に関与するほぼ全ての遺伝子の転写がCMNおよびSMZ曝露下で上昇した。しかし、その後、Aeromonas hydrophila に 2 日間曝露した場合、全群の脾臓で TLR 経路が阻害され、それに伴い死亡率が上昇した。以上のことから、環境関連濃度のCMNとSMZは免疫系にダメージを与え、酸化ストレスやアポトーシスを誘発することが示唆された。また、TLRシグナル伝達経路に影響を与えることで、CMNやSMZへの暴露は魚の自然免疫反応を阻害し、魚の病気に対する抵抗力を低下させることが示唆された。この研究は、これらの農薬や抗生物質の合理的かつ規制された使用の重要性を強調している。

The aquatic ecosystem is seriously damaged because of the heavy use of pesticides and antibiotics. Fish is the indispensable link between environmental pollution and human health. However, the toxic effects of environment-related concentrations of pesticides and antibiotics in fish have not been thoroughly studied. In this study, grass carps exposed to cypermethrin (CMN, 0.651 μg/L) or/and sulfamethoxazole (SMZ, 0.3 μg/L) for 42 days caused oxidative stress, apoptosis and immunodeficiency in the spleen of grass carps. CMN or/and SMZ exposure led to oxidative damage (consumption of antioxidant enzymes (superoxide dismutase and catalase)) and lipid peroxidation (accumulation of malondialdehyde), induced apoptosis (increases in TUNEL index, Bax/bcl-2, p53, puma and Caspase family expression). In addition, the levels of immunoglobulin M (IgM), complement 3 (C3) were significantly decreased in all treatment groups, which trend was also found in C-reactive protein in CMN and MIX group, and lysozyme in MIX group. Transcription of almost all genes involved in the Toll-like receptors (TLR) signaling pathway was up-regulated under CMN or/and SMZ exposure. However, when subsequently attacked by Aeromonas hydrophila for 2 days, the TLR pathway was inhibited in spleens of all treatment groups accompanied by higher mortality. Overall, the environmentally relevant concentration of CMN and SMZ damages the immune system, triggering oxidative stress and apoptosis in carps. And by affecting the conduction of TLR signaling pathway, CMN or/and SMZ exposure inhibits the innate immune response of fish and reducing their disease resistance. This study highlights the importance of rational and regulated use of these pesticides and antibiotics.

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