Thyroid hormone disrupting, neurotoxic, and nephrotoxic potential of EHMC in zebrafish (Danio rerio)

Abstract

2-Ethylhexyl-4-methoxycinnamate (EHMC) is one of the most frequently used UV filters, and hence has been widely detected in the environment. However, toxicological information related to EHMC exposure is limited. This study was conducted to understand the thyroid disrupting effects, and potential neurotoxic and nephrotoxic effects of EHMC using adult and embryo-larval zebrafish (Danio rerio).

Following 21 d exposure of adult zebrafish, T3 concentration decreased dose-dependently. EHMC exposure also down-regulated several genes related to thyroid hormone regulation in the brain, thyroid, and liver, including trα, trβ, dio1, and dio2. Exposure to EHMC led to up-regulation of syn2a gene in brain, and down-regulation of podocin and wt1a genes in adult zebrafish kidney.

In zebrafish larvae, EHMC exposure decreased whole-body T3 and T4 contents. The regulatory alterations of thyroid hormone-related genes observed in the larvae were also comparable to those observed in the adult zebrafish. However, the expression of neurotoxic and nephrotoxic marker genes showed different pattern. The mbp and etv1 genes were down-regulated while podocin gene was up-regulated. These results showed that EHMC exposure could disrupt the thyroid hormone balance of zebrafish from early developmental stages. Neurotoxic and nephrotoxic potentials were suggested, but the responses were different by the age. Consequences of different neurologic and nephrological responses due to EHMC exposure warrant further investigations.

2-Ethylhexyl-4-methoxycinnamate (EHMC) 는 널리 사용되는 자외선차단제이다. 사용 빈도, 범위와 환경중에서의 검출 농도를 고려하였을 때, 역학 연구나 독성학적 연구는 매우 부족한 실정이다. 본 연구는 제브라피쉬를 이용하여 EHMC의 갑상선 교란 영향을 연구하고, 신경독성과 신장독성 영향도 확인하고자 하였다.

제브라피쉬 성어에서 갑상선 호르몬 T3의 농도는 노출 농도에 따라 감소되었다. EHMC에 노출시킨 성어의 뇌, 갑상선, 간에서 갑상선 호르몬 합성과 관련된 유전자 (trα 및 trβ)의 발현이 유의하게 감소되었다(p<0.05). 갑상선호르몬 대사, 제거와 관련된 유전자 (dio1, dio2)의 발현은 성어의 갑상선과 간에서 감소하였다. 신경독성 및 신장독성 영향을 연구하기 위해 몇 가지 표적 유전자를 분석하였다.

제브라피쉬 성어에서 시냅스 형성에 관여하는syn2a의 발현은 3 µM EHMC에서 증가하였으며, 신장 발달에 관여하며 독성 지표로 쓰이는 podocin, wt1a유전자의 발현은 유의하게 감소하였다.

제브라피쉬 치어에서도 갑상선 호르몬 T3 및 T4 수준이 감소하였다. 또한 갑상선 호르몬과 관련된 유전자의 발현 변화는 성어 실험 결과와 일관성이 있었지만 신경독성과 신경독성 유전자의 경우 다른 양상을 보였다. 제브라피쉬 치어에서는 수초 형성에 관여하는mbp유전자의 발현이 감소되고 신경독성 지표로 쓰이는c-fos 발현은 증가하였다. 신장독성 관련 유전자의 경우, etv4 유전자의 발현은 감소하고 podocin 유전자의 발현은 증가하는 양상을 보였다.

본 연구 결과는 EHMC가 제브라피쉬 초기 발달 단계 및 성어에서의 갑상선 호르몬 조절을 방해하고, 신경독성 및 신장독성을 일으킬 수 있다는 것을 보여준다. 따라서 EHMC의 잠재적인 내분비계 교란 영향이 고려되어야 하며, 본 연구는 대표적인 자외선 차단 물질인 EHMC의 갑상선 호르몬 교란 및 신경, 신장 독성 영향 연구에 있어 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.