污染胁迫下玻璃鳗的分子响应：跨河口污染梯度与温度对基因表达的影响

《Aquatic Toxicology》：Molecular responses to pollution stress in glass eels ( Anguilla anguilla): gene expression changes associated with varying contamination levels and temperature across estuaries

本研究针对濒危物种欧洲鳗鲡(Anguilla anguilla)幼体阶段面临的环境胁迫问题，通过水族箱实验和野外采样，系统分析了聚苯乙烯(PS)微塑料暴露及不同污染水平河口环境中玻璃鳗应激基因(hsp70/hsp90)、氧化应激基因(sod/cat/gpx)、神经毒性基因(ache)和金属解毒基因(mt2)的表达变化。结果显示PS浓度与hsp70表达呈正相关，野外样本基因表达模式按河口污染程度聚类，表明污染胁迫可诱发早期分子响应，为评估新兴污染物对濒危物种的生态风险提供了重要分子证据。

　　

在全球变化背景下，欧洲鳗鲡(Anguilla anguilla)这一洄游性物种正经历着种群数量的急剧下降。这种曾经遍布欧洲各水域的鱼类，如今已被世界自然保护联盟(IUCN)列为极危物种。尽管欧盟已实施保护措施，但其种群恢复仍收效甚微。除了过度捕捞、栖息地破坏等传统威胁外，污染和气候变化正成为影响其整个生命周期的关键压力因素。特别是玻璃鳗阶段——幼鳗从海洋进入淡水河口的脆弱时期，面临着新兴污染物如微塑料(MPs)和传统污染物如重金属(HMs)、硝酸盐/亚硝酸盐以及热污染的多重胁迫。然而，目前对这一时期分子水平响应的了解仍十分有限。

为探究这一问题，研究团队在《Aquatic Toxicology》上发表了最新研究成果。他们通过整合受控实验与野外调查，首次系统评估了污染胁迫对欧洲玻璃鳗基因表达模式的影响。研究不仅在水族箱中模拟了不同浓度聚苯乙烯(PS)微塑料暴露实验，还采集了比斯开湾六个具有不同污染水平的河口（纳隆河、阿维莱斯、雷格拉河、阿博尼奥河、埃斯帕尼亚河和塞利亚河）的野生玻璃鳗样本。这些河口代表了从相对清洁到严重污染的梯度，涵盖了重金属(砷、镉、汞、铅)、微塑料、氮污染物和热污染等多种胁迫因子。

关键技术方法包括：通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析水样中重金属含量，采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)鉴定微塑料成分，利用实时定量PCR(qPCR)技术检测鳃组织中9个候选基因（hsp70、hsp90、sod1、sod2、cat、gpx1、ache、mt2）的表达水平，并运用多变量统计方法（主成分分析PCA、相似性百分比分析SIMPER、线性混合模型LMM等）进行数据整合分析。

3.1. 受控条件下PS暴露的分子响应

在水族箱实验中，虽然处理组间基因表达差异未达到统计显著性，但线性回归分析揭示了一个重要规律：PS微塑料浓度与热休克蛋白70(hsp70)基因表达呈显著正相关。这表明即使在没有明显生理指标变化的情况下，PS暴露已能在分子层面诱发应激反应。同时，hsp70与gpx1、hsp90等基因的表达呈现协同变化趋势，提示这些基因可能共同参与了对PS胁迫的响应网络。

3.2. 河口环境异质性分析

对六个河口的环境监测显示明显的污染梯度差异。阿博尼奥河口受附近热电厂影响水温异常升高(平均19.12°C)，雷格拉河硝酸盐浓度超标，阿维莱斯河口重金属污染突出。主成分分析表明，温度、镉、铅是造成河口间环境差异的主要因子。通过聚类分析，河口按污染程度形成明显分组：阿维莱斯和阿博尼奥污染最重，纳隆和塞利亚相对较轻。

3.3. 野生玻璃鳗的差异分子响应

基因表达分析显示，除hsp90外，所有候选基因在不同河口的表达均存在显著差异。特别值得注意的是，来自污染最严重的阿维莱斯和阿博尼奥河口的玻璃鳗，其hsp70表达明显上调；而纳隆河口的个体则表现出sod2和mt2基因的高表达。通过聚类分析发现，基因表达模式与河口污染程度高度对应，污染水平相似的河口，其玻璃鳗的基因表达谱也更为接近。

3.4. 野外数据整合：线性混合模型

线性混合模型进一步证实了环境因子与基因表达间的关联：温度对sod1表达有影响，而砷、微塑料、硝酸盐/亚硝酸盐可能下调hsp90的表达。当将河口按综合污染水平排序后，回归分析显示sod1表达随污染程度增加而下调，而hsp70和gpx1则呈上调趋势，表明全局污染水平确实能够驱动特定的分子响应模式。

研究结果揭示，即使在相对较低的浓度下，PS微塑料暴露也能诱发玻璃鳗的分子应激响应，其中hsp70是最敏感的指标。在自然环境中，多种污染物的复合胁迫导致玻璃鳗产生更为复杂的基因表达变化，且这些变化与河口的污染特征密切相关。热污染可能通过增强污染物毒性和干扰生理稳态，加剧了整体胁迫效应。

这项研究的意义在于首次提供了欧洲玻璃鳗对环境胁迫分子响应的全面证据，强调了河口环境质量对幼鳗生存的重要性。研究结果表明，基因表达分析可作为监测污染影响的灵敏工具，为评估新兴污染物对濒危物种的生态风险提供了新视角。鉴于玻璃鳗早期发育阶段对环境压力的敏感性，保护相对清洁的河口生境、控制污染排放，对欧洲鳗鲡的保护至关重要。未来研究可进一步关注污染物在沉积物和底栖生物中的积累情况，以及表观遗传机制在快速环境适应中的作用。