五价锑通过氧化应激与免疫干扰诱导斑马鱼胚胎发育毒性的分子机制

本研究针对锑污染对水生生态系统构成的威胁，聚焦五价锑[Sb(V)]的毒性机制尚不明确的问题，通过斑马鱼胚胎/幼虫模型开展毒理学研究。结果表明，Sb(V)以浓度依赖方式在幼虫体内积累，虽未引起显著致死或致畸效应，但干扰正常生长发育；100 mg/L暴露提升活性氧(ROS)水平，增强过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性，降低脂质过氧化水平，且未显著诱导细胞凋亡。转录组分析揭示Sb(V)上调免疫相关通路基因表达，提示其潜在免疫干扰风险。该研究为Sb(V)水生生态毒理学认知提供了关键数据，对评估其生态健康风险具有重要科学意义。

　　

随着半导体、功能材料和生物医学等领域对锑的广泛应用，锑污染已成为威胁人类健康和生态安全的潜在因素。自然环境中锑的本底浓度极低，但采矿、冶炼等人类活动导致其在水、土、大气等多介质环境中持续释放。尤其在矿区周边水体，锑浓度可飙升至毫克每升级别，如加拿大Beaverbrook锑矿床地表水锑浓度均值达9.4 mg/L，津巴布韦废弃金矿带峰值达2.37 mg/L。更值得关注的是，近年研究发现锑暴露可能与某些人类疾病发生存在关联，使得锑的生物毒理机制成为环境医学研究的前沿热点。

尽管三价锑[Sb(III)]对水生生物的毒性已有较多报道，但关于五价锑[Sb(V)]的毒性效应和分子机制却知之甚少。这种认知差距严重制约了对Sb(V)水生生态风险的准确评估。为此，发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上的这项研究，以斑马鱼胚胎/幼虫为模型，系统探究了Sb(V)的发育毒性及其相关分子机制。

研究人员主要运用了斑马鱼胚胎急性毒性实验、生物积累量测定（采用氢化物发生-原子荧光光谱法HG-AFS）、发育毒性表型分析（包括孵化率、心率、畸形率、体长、体重等）、氧化应激指标检测（如ROS荧光染色、CAT/SOD活性、谷胱甘肽GSH/GSSG比值、丙二醛MDA等脂质过氧化产物）、细胞凋亡检测（吖啶橙AO染色）以及转录组测序（RNA-seq）与生物信息学分析（包括GO和KEGG富集分析）等关键技术方法。

3.1. 培养介质和斑马鱼幼虫中的锑浓度

分析显示，暴露介质中总锑浓度在24小时内保持稳定，表明Sb(V)在溶液中性质稳定。斑马鱼幼虫体内Sb(V)积累呈浓度依赖性，对照组为0.23±0.04 μg/g湿重，而10、50、100 mg/L暴露组分别升至1.22±0.01、4.45±0.10和9.94±0.75 μg/g湿重。与文献报道的Sb(III)相比，Sb(V)在幼虫中的积累量较低，提示其生物可利用性可能低于Sb(III)。

3.2. Sb(V)对斑马鱼发育的影响

研究发现，10-100 mg/L的Sb(V)暴露对胚胎孵化率、死亡率和畸形率均无显著影响。然而，幼虫心率随暴露浓度增加而显著降低（10、50、100 mg/L组分别降低3.39%、10.17%和20.17%）。同时，幼虫体长和体重也呈现浓度依赖性的下降，最高浓度组体长和体重均显著低于对照组，表明Sb(V)干扰了正常的生长发育过程，但未造成急性致命或显著致畸风险。

3.3. Sb(V)增加斑马鱼幼虫活性氧水平

通过DCFH-DA荧光染色发现，Sb(V)暴露后ROS主要富集在幼虫腹部和肠道区域，且荧光强度随浓度增加而升高。与之相应，关键抗氧化酶CAT和SOD的活性也呈上升趋势。值得注意的是，脂质过氧化产物MDA和LPO的水平在暴露组反而有所降低。谷胱甘肽系统分析显示，总GSH和还原型GSH浓度在暴露组显著下降，GSSG水平变化不显著，但GSH/GSSG比值显著降低，表明机体通过消耗GSH来清除过量ROS，进行自我解毒。

3.4. 斑马鱼幼虫细胞凋亡水平

AO染色结果显示，即使最高浓度（100 mg/L）的Sb(V)暴露也未引起斑马鱼幼虫全身或腹部区域细胞凋亡的显著增加。这与先前研究中Sb(III)能显著诱导凋亡的结果形成对比，进一步印证了不同价态锑的毒性差异。

3.5. 毒性终点的综合分析

相关性分析和聚类分析将检测的毒性终点分为三类：生长-生理功能簇、氧化应激-凋亡簇和GSH系统簇。结果表明，氧化应激指标（CAT、SOD、ROS、MDA）、细胞凋亡标志物以及生长发育指标是对Sb(V)最敏感的毒性终点。CAT/SOD的抗氧化功能可能通过影响氧化损伤程度间接影响生长和致畸表型，而GSH/GSSG比值的平衡对细胞凋亡具有双向调控潜力。

3.6. 斑马鱼幼虫转录组分析

PCA分析显示对照组与100 mg/L Sb(V)暴露组的基因表达谱明显分离。共鉴定出346个差异表达基因（DEGs），其中86.13%为上调。GO富集分析表明，上调基因显著富集于免疫系统过程、谷胱甘肽代谢过程、解毒、防御反应等生物学过程，以及氧化还原酶活性、谷胱甘肽转移酶活性等分子功能。KEGG通路富集分析进一步证实，谷胱甘肽代谢、活性氧物种代谢、细胞色素P450等相关通路被显著激活。值得注意的是，与凋亡相关的通路（如p53信号通路）未发生显著改变，这与表型观测结果一致。

3.7. Sb(V)对幼虫关键基因表达的影响

转录组数据深入揭示，Sb(V)暴露显著影响了谷胱甘肽代谢通路中多个关键基因的表达，例如上调谷胱甘肽过氧化物酶1a（gpx1a）、谷胱甘肽还原酶（gsr）以及多个谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）基因，这为观察到的GSH消耗和抗氧化酶活性升高提供了分子解释。同时，大量免疫相关基因表达上调，包括多种趋化因子（如ccl20b, cxcl19）、补体成分（如c6, c3a.2）、干扰素调节因子（irf1a, irf1b）以及Toll样受体（tlr22）等，强烈提示Sb(V)暴露可能干扰斑马鱼幼虫的免疫系统功能。

综上所述，本研究揭示了Sb(V)对斑马鱼胚胎/幼虫的发育毒性，其特征是非致死性、非致畸性的生长抑制和心率减缓。其核心分子机制涉及氧化应激（ROS升高、抗氧化酶激活、GSH系统扰动）和免疫通路激活。特别重要的是，在实验浓度下，Sb(V)并未显著诱导细胞凋亡。这些发现不仅深化了对Sb(V)水生毒理机制的理解，也为科学评估其生态风险提供了重要的理论依据和数据支撑。未来的研究可进一步整合代谢组学等方法，深入探究Sb(V)引起心率减缓等表型背后的能量代谢改变，从而更完整地描绘其毒性通路。