氟康唑及其核心结构1,2,4-三唑对非洲爪蟾胚胎发育毒性及Wnt/BMP信号通路干扰作用研究

《Scientific Reports》：Developmental toxicity of fluconazole and 1,2,4-triazole in Xenopus laevis

本研究针对广泛存在于水体环境中的唑类抗真菌药氟康唑(FLU)及其降解产物1,2,4-三唑(TRI)对水生脊椎动物的发育毒性风险，通过Xenopus laevis胚胎模型系统评估了其致畸效应与分子机制。研究发现即使低微摩尔浓度暴露也能显著干扰Wnt/β-catenin和BMP信号通路关键基因(xbra/xolloid等)表达，诱发颅面畸形、色素异常、心率加快等发育缺陷，揭示了三唑核心结构对脊椎动物胚胎发育的潜在危害，为环境污染物风险评估提供重要依据。

　　

在人类与真菌感染的持续斗争中，唑类抗真菌药物已成为医疗、农业和个人护理领域不可或缺的武器。然而，当这些化学物质完成使命后，它们并未消失，而是通过废水处理系统悄然进入江河湖海，形成低浓度但持续性的环境残留。氟康唑(Fluconazole, FLU)作为典型代表，其在水体中的持久性及其降解产物1,2,4-三唑(1,2,4-triazole, TRI)的潜在生态风险，逐渐成为环境科学和毒理学关注的热点。

尽管已有研究表明唑类化合物对鱼类发育存在不良影响，但对两栖动物这一水环境"哨兵"物种的发育毒性机制知之甚少。两栖动物因其透皮吸收和水生幼体阶段的特性，对水污染物尤为敏感。非洲爪蟾(Xenopus laevis)作为发育生物学和毒理学研究的经典模型，其外部受精、快速发育以及与高等脊椎动物高度保守的遗传通路，为研究环境化学物的发育毒性提供了理想平台。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，由Barbora Riesova和Lorena Agostini Maia共同主导的研究团队，系统探讨了FLU及其核心结构TRI对非洲爪蟾胚胎的发育毒性效应。研究假设这些唑类化合物可能通过干扰胚胎发育过程中保守的信号通路（如Wnt和BMP通路）来影响正常发育。

研究人员采用修改版的青蛙胚胎致畸试验(Frog Embryo Teratogenesis Assay-Xenopus, FETAX)方案，将非洲爪蟾胚胎暴露于环境相关浓度(1μg/L)及更高浓度(100和1,000μg/L)的FLU和TRI中，持续观察至Nieuwkoop and Faber(NF)阶段45。通过形态学观察、畸形率统计、心率检测、体长测量以及基因表达分析等多维度指标，全面评估了这两种化合物的发育毒性。

关键技术方法包括：非洲爪蟾胚胎培养与暴露实验、基于FETAX的发育毒性终点评估、实时定量PCR(Quantitative real-time PCR, qRT-PCR)基因表达分析以及高效液相色谱(High-Performance Liquid Chromatography, HPLC)验证暴露浓度。实验使用成年非洲爪蟾来自马萨里克大学饲养的认证种群，胚胎通过体外受精获得。

Azole antifungals alter tadpole morphology

研究人员在NF阶段45观察到暴露组胚胎出现明显的形态学异常。FLU处理组表现为色素沉着缺陷（过度色素沉着和色素减退）、颅面畸形（头部尺寸减小、水肿）、心脏水肿和肠道畸形。TRI暴露则引起更为多样的表型，包括眼间距减小甚至眼睛相连、肠道盘绕异常等。这些发现表明两种化合物均干扰了正常的组织模式形成和器官发生过程。

Dose-dependent differences in malformation incidence

畸形率分析揭示了两种化合物不同的剂量-效应关系。FLU暴露呈现出饱和效应曲线，即使在最低测试浓度(1μg/L)下，畸形率也达到约40%，并在更高浓度下保持稳定。相反，TRI暴露则显示明显的剂量依赖性趋势，从1μg/L时的低畸形率逐渐上升至1,000μg/L时的25%左右。这种差异提示两者可能具有不同的作用机制或生物利用度。

Malformation types differ between fluconazole and triazole

进一步的表型分析发现，FLU主要诱发色素改变、颅面变化、心脏水肿、口部缺陷和肠道异常，且表型在不同浓度间较为一致。TRI则引起更广泛但发生率较低的畸形谱，包括颅面不对称、独特星状色素模式、轻微背尾弯曲和鳍发育不全等，且这些效应随浓度增加而更为明显。

Cardiac and morphometric effects suggest physiological disruption

生理指标检测显示，两种化合物在大多数测试浓度下均引起心率显著增加，但在最高TRI浓度(1,000μg/L)下出现心率下降，提示可能存在毒性阈值。体长测量发现FLU暴露导致胚胎轴伸长，而TRI处理无此效应，表明两者对生长发育的影响存在差异。

Gene expression analysis reveals Wnt and BMP pathway disruption

分子机制研究表明，即使是低浓度TRI暴露(10μg/L)也能显著上调中胚层标志基因xbra和金属蛋白酶基因xolloid的表达，而β-catenin、chordin和noggin呈现上升趋势。这些变化提示Wnt/β-catenin通路激活和BMP信号通路的拮抗机制被调动。FLU诱导了类似但较弱的变化模式，而BMP通路下游效应因子（follistatin、sizzled、vent1/2）未显示显著改变，表明唑类化合物特异性干扰早期形态发生素梯度而非全面改变BMP通路。

Exposure concentrations confirmed by chemical analysis

HPLC分析验证了暴露浓度的准确性和稳定性，确保观察到的效应与预期给药浓度一致。

研究结论表明，FLU和TRI均对非洲爪蟾胚胎具有致畸潜力，但通过部分不同的发育效应实现。FLU作用迅速且在低浓度即达到表型平台，而TRI以渐进、剂量依赖的方式诱导畸形。基因表达谱变化支持了唑类化合物特异性干扰Wnt和BMP信号通路的假设，这些通路在脊椎动物胚胎发育中的高度保守性，凸显了唑类作为环境污染物和潜在健康危害的重要性。

讨论部分深入分析了可能的机制联系，包括xbra上调可能导致中胚层分配向后体命运偏移，xolloid增加可能通过降解chordin来重新平衡BMP活性，这些分子事件共同解释了观察到的前体结构减少现象。同时，研究提出了氧化应激可能作为平行机制参与水肿和心脏异常的形成。

从临床角度看，唑类抗真菌药在免疫抑制患者中的广泛应用与其环境持久性形成了潜在风险叠加。虽然其主要通过抑制真菌CYP450酶发挥作用，但脊椎动物细胞中存在的同源酶及它们调节的信号级联可能成为非靶标作用的分子基础。即使简单的三唑核心结构也能干扰保守发育机制的这一发现，对评估唑类化合物的环境和健康安全性提出了新的挑战。

这项研究不仅为理解唑类化合物的发育毒性机制提供了重要证据，也为环境污染物风险评估和药物安全性评价建立了可借鉴的研究范式。随着唑类化合物在环境和临床中的持续存在，对其长期暴露效应的监测和机制研究显得愈发紧迫和必要。