Nomilin 通过 Nrf2 通路减轻 OBS 引发的发育性心脏毒性

《Aquatic Toxicology》：Nomilin mitigates OBS-induced developmental cardiotoxicity via the Nrf2 pathway

OBS对斑马鱼胚胎心脏发育的毒性及NOM保护机制研究。摘要：钠盐对-全氟非诺氧苯磺酸（OBS）暴露导致斑马鱼胚胎心脏水肿、心率降低及关键发育基因（vmhc, gata4, nkx2.5, sox9b）表达下调，激活Keap1/Nrf2通路介导的氧化应激。柑橘柠檬内脂（NOM）通过激活该通路逆转损伤，上调抗氧化基因（keap1, nrf2, ho-1）并抑制凋亡基因（bax, caspase-3）。

　　在当今环境和健康研究领域，新型污染物的识别与评估正成为关注的焦点。近年来，随着对传统污染物如全氟辛烷磺酸（PFOS）的监管日益严格，其替代品——全氟壬烷磺酸钠（OBS）的使用逐渐增加。然而，尽管OBS在工业中的应用广泛，其对水生生物的影响，尤其是对心脏发育和功能的潜在危害，仍缺乏系统研究。因此，科学家们通过实验手段，利用斑马鱼胚胎这一重要的模型生物，来探索OBS的毒性机制，并评估天然化合物如柑橘类物质中的诺米林（NOM）是否能够提供有效的保护作用。

斑马鱼作为一种模式生物，因其独特的生物学特性，成为研究环境污染物毒性的重要工具。其外部受精、快速的胚胎发育、透明的胚胎结构以及便于实时成像和实验操作的优势，使得斑马鱼在发育毒理学研究中占据重要地位。特别是在心脏毒性评估方面，斑马鱼胚胎已被广泛用于毒性筛查，能够直接观察心血管系统的发育过程。此外，斑马鱼胚胎在早期发育阶段并不完全依赖心脏功能进行氧气供应，而是通过被动扩散获得氧气，这一特性进一步增强了其作为研究模型的适用性。

在本研究中，科学家们选择了斑马鱼胚胎作为实验对象，以评估OBS对心脏发育的潜在影响。实验结果显示，暴露于0.1和1 mg/L浓度的OBS，持续96小时后，斑马鱼胚胎表现出显著的发育和心脏异常，包括身体长度缩短、孵化和存活率降低、心包积液以及心跳速率下降。此外，OBS暴露还导致关键心脏发育基因（如vmhc、gata4、nkx2.5和sox9b）表达水平的异常变化，同时显著降低了与氧化应激（OS）相关的基因（如keap1、nrf2和ho-1）的转录水平，表明OBS能够诱导氧化应激反应。这些发现表明，OBS可能通过干扰Keap1/Nrf2信号通路，对胚胎的心脏发育造成不良影响。

与此同时，研究还探讨了诺米林（NOM）在减轻OBS诱导的心脏毒性方面的潜力。诺米林是一种天然的三萜类化合物，广泛存在于某些可食用柑橘果实中。此前的研究表明，诺米林具有多种生物活性，包括抗癌、免疫调节、抗炎、抗病毒以及神经保护作用。尤其是在脑缺血再灌注模型中，诺米林通过激活Nrf2信号通路，能够有效减轻氧化应激反应，保护细胞免受损伤。考虑到氧化应激在心脏损伤中的核心作用，以及Keap1/Nrf2信号通路在维持细胞氧化还原平衡中的关键地位，诺米林被视作一种具有潜力的心脏保护剂。

研究进一步发现，诺米林的加入能够显著缓解OBS诱导的心脏毒性。具体表现为，诺米林能够逆转OBS引起的心脏发育异常，通过激活Keap1/Nrf2信号通路，提高抗氧化基因（如keap1、nrf2和ho-1）的表达水平，恢复抗氧化酶（如SOD、CAT和GSH-PX）的活性，同时抑制促凋亡基因（如bax和caspase-3）的表达，并上调抗凋亡基因（如bcl-2）的表达。这些结果表明，诺米林能够通过调节氧化应激反应，从而保护心脏细胞免受OBS的损害。

此外，本研究还建立了完整的“OBS暴露—Keap1/Nrf2通路抑制—心脏发育损伤—诺米林通路激活—损伤修复”的研究链条。这一链条不仅填补了关于OBS诱导心脏发育毒性及其保护策略的研究空白，也为分析其他PFAS替代物的发育毒性机制和探索其保护策略提供了重要的实验框架。研究结果还揭示了OBS在环境中的广泛存在及其对生态系统的潜在威胁。例如，OBS已被检测到存在于污水处理厂的进水和污泥中，并在2017年首次在湖水中被发现，浓度为3.2 μg/L。此外，OBS在河流水、沉积物和土壤样本中均被检测到，其浓度范围分别为7.78–10358 ng/L（中位数：36.4 ng/L）、0.580–81.5 ng/g（中位数：4.00 ng/g）以及0.140–3684 ng/g（中位数：4.12 ng/g）。OBS还被检测到存在于野生鲫鱼血液中（浓度为144 ng/mL）以及人类母体和脐带血中（浓度分别为0.711 ng/mL和0.604 ng/mL）。这些数据表明，OBS在环境中的传播范围广泛，且具有一定的生物累积性，可能对生态系统的健康构成潜在威胁。

在生物累积性方面，OBS与PFOS具有相似的化学结构，因此被认为可能具有较强的生物累积潜力。然而，目前尚无针对OBS的排放标准或处理指南，这使得其在环境中的扩散和累积难以控制。已有研究指出，OBS作为PFAS的替代品，在水体中的分布较为广泛，其复杂的生态毒性效应和去除难度成为当前环境科学关注的重点。因此，深入研究OBS的毒性机制，不仅有助于评估其对水生生物的影响，也为制定相应的环境保护政策提供了科学依据。

在动物模型中，OBS表现出较强的毒性，尤其是在肝脏和肠道中显示出优先累积的特性。即使在较低的暴露剂量下，OBS也能够对这些器官造成损害。此外，在体外实验中，OBS暴露导致HepG2细胞的细胞活力下降，促进活性氧（ROS）的生成，并引起更严重的细胞坏死，这表明OBS可能比PFOS更具细胞毒性。在斑马鱼模型中，OBS对发育阶段的心脏功能、运动行为以及多巴胺系统均产生显著影响，其毒性效应与PFOS相似。因此，OBS作为一种新型污染物，其潜在的生态和健康风险不容忽视。

为了进一步揭示OBS对心脏发育的毒性机制，研究采用斑马鱼胚胎作为实验模型，系统地分析了OBS对心脏发育的影响。研究结果表明，OBS能够通过抑制Keap1/Nrf2信号通路，导致抗氧化酶活性的下降，从而引发氧化应激反应，进而对心脏细胞造成损伤。同时，OBS还能够降低关键心脏发育基因的表达水平，影响心脏结构的正常形成。这些发现为理解OBS的毒性机制提供了重要的线索，并为开发有效的防护策略奠定了基础。

诺米林作为一种天然的抗氧化剂，其作用机制与Keap1/Nrf2信号通路密切相关。研究发现，诺米林能够通过激活该通路，提高抗氧化基因的表达水平，恢复抗氧化酶的活性，并抑制促凋亡基因的表达，从而减轻OBS诱导的心脏毒性。这些结果表明，诺米林可能在一定程度上起到保护作用，有助于修复OBS造成的损伤。因此，研究不仅揭示了OBS的毒性机制，还为寻找有效的保护策略提供了新的思路。

本研究的创新点在于，首次系统地分析了OBS对心脏发育的毒性效应，并探讨了其潜在的分子机制。同时，研究还首次评估了诺米林在减轻OBS诱导的心脏毒性方面的潜力，揭示了其通过调节Keap1/Nrf2信号通路发挥保护作用的机制。这些发现不仅填补了当前关于OBS诱导心脏发育毒性及其保护策略的研究空白，也为其他PFAS替代物的毒性评估和保护策略研究提供了重要的参考。

在实际应用中，OBS的广泛使用和环境释放使其成为潜在的生态和健康风险源。因此，深入研究其毒性机制，不仅有助于评估其对水生生物的影响，也为制定相应的环境保护政策提供了科学依据。同时，诺米林作为一种天然的抗氧化剂，其在减轻OBS诱导的心脏毒性方面的潜力，为开发环境友好型防护策略提供了新的方向。未来的研究可以进一步探索诺米林在不同浓度和暴露时间下的保护效果，以及其在其他污染物中的应用潜力。

此外，研究还强调了氧化应激在心脏损伤中的关键作用。在多种动物模型中，氧化应激被证实与心脏疾病的发病机制密切相关。例如，在 Adriamycin 诱导的鼠模型中，NF-κB 通路被激活，从而引发内皮-间质转化（EndMT），进一步加剧心脏纤维化和功能障碍。而在正常生理条件下，低浓度的 ROS 作为信号分子，能够促进心肌细胞的分化，例如通过激活 AKT 或 Wnt 通路。然而，当外部污染物或内源性代谢紊乱导致 ROS 积累超过正常范围时，这种失衡可能引发氧化损伤，进而影响心脏的正常发育。因此，维持抗氧化防御系统的功能完整性，尤其是 Keap1/Nrf2 通路的正常运作，对于预防心脏损伤具有重要意义。

在当前的环境科学背景下，PFAS 替代物的广泛应用和环境释放，使其成为新的研究重点。研究发现，OBS 作为 PFOS 的替代品，在工业中的使用日益增加，尤其是在电镀行业，如铬镀和膜形成氟蛋白泡沫、乙醇抗泡沫及油回收表面活性剂中。然而，由于其持久性、长距离迁移能力和生物累积性，OBS 的环境风险不容忽视。因此，探索其毒性机制，并寻找有效的防护策略，对于保护生态环境和人类健康具有重要意义。

本研究的发现不仅有助于理解 OBS 的毒性机制，也为其他 PFAS 替代物的毒性评估提供了重要的参考。在环境科学和毒理学研究中，OBS 的广泛应用和潜在危害使其成为重要的研究对象。通过利用斑马鱼胚胎这一模式生物，研究能够系统地分析 OBS 对心脏发育的影响，并探索其与氧化应激之间的关系。同时，研究还揭示了诺米林在减轻 OBS 诱导的心脏毒性方面的潜力，为开发环境友好型防护策略提供了新的思路。

综上所述，OBS 作为一种新型污染物，其对水生生物的影响，尤其是对心脏发育和功能的潜在危害，需要引起高度重视。通过系统的研究，科学家们不仅揭示了 OBS 的毒性机制，还探索了其潜在的防护策略。这些发现为环境科学和公共卫生领域提供了重要的科学依据，并为制定相应的环境保护政策和健康防护措施提供了参考。未来的研究可以进一步探索 OBS 在不同环境条件下的分布规律，以及其对其他器官和系统的潜在影响，从而更全面地评估其环境风险。