长期摄入受砷污染的寡毛类动物对斑马鱼（Danio rerio）生殖系统的影响

《Science of The Total Environment》：Reproductive effects of chronic dietary exposure to arsenic-contaminated oligochaetes in Zebrafish ( Danio rerio)

慢性膳食砷暴露通过氧化应激和HPG轴干扰导致斑马鱼性腺发育障碍、精子质量下降及繁殖行为异常，为水生生态系统砷污染风险评估提供新证据。

　　本研究探讨了鱼类在环境中通过食物链摄入砷对生殖功能的影响。尽管饮食是许多受污染系统中砷暴露的主要来源，但其对鱼类生殖的潜在影响仍缺乏深入理解。为了填补这一知识空白，研究者选择了斑马鱼作为实验模型，通过使用含砷的寡毛纲（如* Lumbriculus variegatus*）蠕虫作为食物，评估长期饮食暴露对鱼类生殖功能的潜在影响。研究发现，砷的摄入显著影响了斑马鱼的生殖表现，包括繁殖行为、激素水平以及生殖器官的结构和功能。

研究首先确定了不同浓度的砷（0、2.5和5.0 mg/L）对寡毛纲蠕虫体内砷含量的影响。结果表明，低浓度（2.5 mg/L）和高浓度（5.0 mg/L）的砷处理使蠕虫体内的砷含量分别达到了34.69 μg/g干重和77.79 μg/g干重。这些蠕虫随后被用作斑马鱼的饲料，每日给予其体重的3.5%。在60天的实验过程中，研究者评估了斑马鱼的生殖指标，包括生殖器官指数（GSI和HSI）、繁殖能力（卵子数量）、受精率以及繁殖行为。此外，还分析了大脑、肝脏、生殖器官和血液中的基因表达、氧化损伤和性激素水平的变化。

在实验设计中，研究人员对斑马鱼进行了为期60天的暴露，之后评估了其繁殖表现。实验结果显示，高浓度砷处理组的斑马鱼表现出显著的死亡率（18%），而低浓度组则没有明显变化。繁殖能力方面，无论是低浓度还是高浓度砷处理组，斑马鱼的产卵量均较对照组显著减少，分别降低了29%和32%。同时，受精率也呈现出剂量依赖性的下降，高浓度处理组的受精率比对照组降低了27%。这些发现表明，长期摄入含砷食物会对斑马鱼的繁殖产生负面影响。

研究还评估了斑马鱼的生殖器官指数，GSI和HSI分别代表了生殖器官和肝脏相对于体重的比例。结果显示，无论是雌鱼还是雄鱼，GSI均显著下降，表明生殖器官发育受到抑制。而HSI则在雄鱼中显著上升，可能反映了肝脏因代谢压力或内分泌干扰而发生肥大。这些变化进一步说明了砷对生殖系统和肝脏功能的双重影响。

此外，研究人员通过检测组织中的脂质过氧化产物（如MDA）评估了砷引起的氧化损伤。结果显示，砷暴露显著增加了雌鱼和雄鱼的生殖器官以及肝脏中的MDA含量，表明这些组织受到了明显的氧化应激。这种氧化损伤可能通过干扰性激素的合成和信号传递，间接影响了生殖功能。

在生殖器官的组织病理学分析中，研究发现砷暴露导致了雌鱼卵泡细胞的脱落和卵母细胞的退化，以及雄鱼睾丸中不成熟生殖细胞的增加。这些变化表明，砷不仅影响了生殖器官的发育，还可能对生殖细胞的成熟和功能造成了损害。在雄鱼睾丸中，精子数量和活力显著下降，尤其是在高浓度处理组中，精子密度减少了超过80%，而总运动性和前进运动性也出现了明显下降。

研究还关注了与下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴相关的基因表达。结果显示，砷暴露在雌鱼的大脑中显著抑制了促性腺激素释放激素（GnRH）的表达，特别是*gnrh2*和*gnrh3*，这可能影响了中枢性生殖调控。同时，*fsh-β*和*lh-β*的表达也显著减少，表明促性腺激素的合成受到干扰。在卵巢中，与性腺激素合成相关的基因如* fshr*、* lhr*、*cyp19a1a*、*17β-hsd*和* sf-1*均受到抑制，这可能影响了性腺对促性腺激素的响应，进而干扰了雌激素的合成。

在雄鱼中，砷暴露对HPG轴的影响则更为复杂。*gnrh3*的表达在大脑中受到抑制，而*gnrh2*的表达没有明显变化，这表明雄鱼的性腺激素释放机制可能受到选择性影响。同时，*lhr*的表达在睾丸中减少，而* fshr*则增加，这可能意味着雄鱼对促卵泡激素（FSH）的敏感性增加，但对促黄体生成素（LH）的响应减弱。*cyp19a1a*和*17β-hsd*的表达增加，表明睾酮向雌激素的转化增强，这可能导致了雄鱼体内雌激素水平的升高，而11-酮睾酮（11KT）的水平则下降。

研究还发现，雄鱼的血浆中雌激素（E2）和类固醇结合球蛋白（VTG）的水平显著上升，而雌鱼的这些指标则下降。这种性激素水平的变化可能进一步影响了斑马鱼的生殖行为，例如雄鱼与雌鱼之间的接触时间减少，这可能影响了其繁殖成功率。此外，雄鱼的生殖行为改变可能与HPG轴的干扰有关，因为性激素在调节繁殖行为中起着关键作用。

这些研究结果揭示了砷在环境中的毒性机制，特别是其对鱼类生殖系统的干扰。通过饮食途径摄入的砷不仅影响了生殖器官的发育，还通过干扰内分泌系统和诱导氧化损伤，导致了性激素水平的改变。研究强调了在评估砷污染对水生生态系统的影响时，应充分考虑饮食暴露途径，因为这种暴露方式比水体直接接触更为常见，并且可能导致更严重的毒性效应。

斑马鱼作为实验模型，因其在生殖研究中的广泛应用而成为评估砷对鱼类生殖影响的理想选择。研究结果表明，长期摄入含砷食物会对鱼类的生殖行为、激素水平和生殖器官的结构和功能产生显著影响。这些发现不仅有助于理解砷对水生生物的生殖毒性，还为评估砷污染对生态系统的潜在影响提供了重要的科学依据。此外，研究还指出，砷引起的内分泌干扰可能具有性别特异性，雌鱼和雄鱼在受到砷暴露时表现出不同的生理和生化反应。

考虑到寡毛纲生物在水生食物链中的重要性，它们不仅是许多水生生物的食物来源，还可能成为污染物的载体。因此，通过这些生物摄入的砷可能对更高营养级的生物产生更广泛的影响。本研究的发现强调了在水生生态系统中，必须重视砷通过食物链传播的潜在风险，并进一步探讨其对繁殖行为和性激素水平的长期影响。此外，研究还建议，需要进一步的研究来评估这些影响是否具有遗传性，以及它们在多代中的延续性。

综上所述，这项研究为理解砷对鱼类生殖系统的毒性机制提供了新的视角，特别是在内分泌干扰和氧化损伤方面。这些发现不仅有助于科学界更全面地认识砷污染对水生生物的影响，也为环境保护和生态风险评估提供了重要的参考依据。未来的研究可以进一步探索砷对鱼类繁殖的长期影响，以及其在不同环境条件下的毒性变化，以更好地指导相关治理和保护措施。