【成果回顾】EP华工：NMT发现铬致白腐真菌排K+↑ 揭示重金属胁迫诱导白腐真菌氧化应激和细胞凋亡的重要机理
转自中关村旭月非损伤微测技术产业联盟
基本信息
主题：NMT发现铬致白腐真菌排K+↑ 揭示重金属胁迫诱导白腐真菌氧化应激和细胞凋亡的重要机理
期刊：Environmental Pollution
影响因子：8.071
研究使用平台：NMT重金属创新平台
标题：Hexavalent chromiuminduced oxidative stress and apoptosis in Pycnoporus sanguineus
作者：华南理工大学尹华、封觅
检测离子/分子指标
K+
检测样品
中文摘要
白腐真菌已被证明是一种很有前途的重金属去除方法，了解其对重金属的毒性响应有助于开发和推广基于真菌的修复技术，以减轻重金属的危害。本研究对白腐真菌血红密孔菌（Pycnoporus sanguineus）中Cr(Ⅵ)诱导的氧化应激和细胞凋亡进行了研究。结果表明，高浓度Cr(Ⅵ)促进ROS的生成，包括H2O2、O2·-和·OH。随着Cr(Ⅵ)浓度的增加，SOD和CAT活性在前24 h内随着GSH含量的增加而增加，但随后降低，MDA含量显著增加。Cr(Ⅵ)诱导的氧化损伤进一步引起和加重了血红密孔菌的细胞凋亡，尤其是Cr(Ⅵ)浓度大于20 mg/L时。Cr(Ⅵ)诱导的细胞凋亡参与线粒体功能紊乱，包括线粒体去极化、线粒体通透性增强和细胞色素c释放。观察到细胞凋亡的早期和晚期特征，如半胱氨酸蛋白酶（metacaspase）激活、磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine，PS）外翻、DNA断裂、细胞核浓缩和断裂。此外，研究还发现了以K+外排、细胞质和线粒体Ca2+超载为特征的离子稳态失调。基于这些结果，本研究认为Cr(Ⅵ)诱导白腐真菌血红密孔菌氧化应激和细胞凋亡。
离子/分子流实验处理
离子/分子流实验结果
为了检测Cr(VI)对血红密孔菌K+运输的影响，研究使用非损伤微测技术（NMT）检测了真菌细胞K+净流速，结果表明Cr(VI)刺激K+从细胞向细胞外环境排出，当Cr(VI)浓度超过20 mg/L时，K+外排速率显著增加。
图1. 不同浓度Cr(VI)对血红密孔菌K+净流速的影响。正值代表K+外排。
其它实验结果
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Cr(VI)诱导的抗氧化酶活性、GSH和MDA含量的变化。Cr(VI)处理短期处理（24 h），SOD活性随着初始Cr(VI)浓度的增加而提高，长期处理（超过48 h），SOD活性下降，甚至低于对照组；CAT活性的响应趋势与SOD相似；Cr(VI)也以时间和浓度依赖性的模式诱导GSH含量的变化；在前24 h内，随着Cr(VI)浓度的增加，细胞内GSH水平有显著增加，而与对照相比，当处理时间超过48 h时，高浓度Cr(VI)处理导致GSH含量有所下降；MDA对Cr(VI)胁迫有显著的响应，在高浓度Cr(VI)处理后，细胞内MDA含量呈现显著上升趋势。
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Cr(VI)诱导的细胞内ROS迸发。H2DCF-DA染色结果显示，浓度低于10 mg/L的Cr(VI)对ROS水平没有显著影响，而当Cr(VI)浓度从20 mg/L上升到40mg/L时，ROS有增加的趋势；此外，Cr(VI)浓度超过20 mg/L导致过氧化氢、超氧阴离子和羟基自由基含量显著上升。
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Cr(VI)诱导的线粒体特性的变化。高浓度的Cr(VI)可导致线粒体膜去极化；同时，与对照相比，Cr(VI)孵育后线粒体中细胞色素c水平下降；此外，随着20-40 mg/L Cr(VI)导致血红密孔菌线粒体膜通透性增加。
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Cr(VI)诱导的早期和晚期细胞凋亡的特征。随着Cr(VI)浓度从20 mg/L上升到40 mg/L时，AnnexinV-FITC和PI的荧光强度显著增强，表明早期和晚期凋亡细胞的数量均以呈浓度依赖的模式增加；此外，Cr(VI)处理后，细胞核发生固缩和碎片化，Cr(VI)浓度超过20 mg/L，发生细胞核转化的凋亡细胞数量显著增加。
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Cr(VI)诱导的半胱氨酸酶激活。Cr(VI)诱导的血红密孔菌细胞凋亡与半胱氨酸酶激活相关。
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Cr(VI)诱导的离子稳态的破坏。高浓度的Cr(VI)处理可导致细胞质和线粒体中Ca2+水平的升高。
结论
综上所述，本研究表明，Cr(VI)显著诱导血红密孔菌的氧化应激和细胞凋亡。短期暴露于Cr(VI)激活了抗氧化物系统，而长期处理导致系统失活，引起脂质过氧化和细胞凋亡。Cr(VI)引起的细胞凋亡与ROS迸发、线粒体功能障碍、细胞内Ca2+过载和半胱天酸酶激活有关。在凋亡过程中观察到的磷脂酰丝氨酸（PS）外翻、DNA裂解、核凝结和破裂，表明Cr(VI)诱导血红密孔菌早期细胞凋亡，随后发生晚期凋亡。
测试液
1.5mM KH2PO4, 0.1 mM KCl, pH 4.5
NMT实验标准化方案
NMT仪器信息
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0269749117306632?via%3Dihub
供稿：赵雪琦，刘蕴琦
编辑：刘兆义
校稿：赵雪琦
关键词：血红密孔菌；六价铬；氧化应激；细胞凋亡；植物类
