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为探究硝酸盐（NO3? -N）对鱼类肠道毒性的分子机制，研究人员以大菱鲆（Scophthalmus maximus）为对象，开展多组学分析。结果发现硝酸盐影响肠道代谢，干扰蛋白消化吸收等。该研究有助于理解硝酸盐毒性，为海洋生态系统中硝酸盐管理提供思路。
在如今的地球，海洋生态环境正面临着诸多挑战，其中硝酸盐污染问题愈发严重。在淡水和海洋环境里，硝酸盐的身影频繁出现，其浓度远超自然水平。这些硝酸盐主要来源于人类活动，像生活污水、工业废水的排放，农业化肥的大量使用，以及动物养殖产生的废弃物等。它们悄无声息地融入水体，给海洋生物带来了不小的麻烦。
对鱼类而言，硝酸盐污染的危害可不小。它不仅会让鱼患上高铁血红蛋白血症，降低血细胞携带氧气的能力，还会对鱼的各个器官造成损害，尤其是肠道。你看，斑马鱼在硝酸盐的影响下，肠道的绒毛会萎缩，肠细胞还会出现空泡化；大菱鲆的肠道免疫、屏障功能以及微生物群落也会受到干扰，生长性能也随之下降。然而，尽管知道硝酸盐对鱼类肠道有危害，但具体的分子机制却还是个谜团。所以，为了搞清楚这些问题，来自江苏海洋大学的研究人员展开了一项意义重大的研究，相关成果发表在《Aquatic Toxicology》上。
研究人员主要运用了代谢组学和转录组学这两种关键技术。他们先选取健康的大菱鲆，将其暴露在浓度为 200mg/L 的硝酸盐环境中，分别在 0 天、10 天、20 天和 30 天这几个时间点采集样本。接着，利用液相色谱 - 质谱联用技术（LC - MS）对大菱鲆肠道内的代谢物进行检测和分析；同时，通过转录组测序技术获取不同时间点肠道基因的表达信息。这样，就能从代谢物和基因表达两个层面，全面了解硝酸盐对大菱鲆肠道的影响。
代谢组学分析结果
研究人员在运用非靶向筛选方法后，在正离子化模式下检测到 865 种代谢物，其中 178 种在质谱 1 级（MS1）水平被注释，687 种在质谱 2 级（MS2）水平被注释；在负离子化模式下则鉴定出 363 种代谢物，110 种在 MS1 水平注释，253 种在 MS2 水平注释。代谢组学分析显示，硝酸盐暴露使得大菱鲆肠道代谢物网络发生显著变化，这意味着其肠道代谢受到了损害。代谢物通路分析（MetPA）结果表明，受硝酸盐暴露显著影响的代谢通路包括氨基酸代谢通路，例如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成，苯丙氨酸代谢，精氨酸生物合成，D - 谷氨酰胺和 D - 谷氨酸代谢，以及氨酰 - tRNA 生物合成等。这些氨基酸在鱼类的生长、发育和生理功能维持中都起着至关重要的作用，它们的代谢受到干扰，必然会影响大菱鲆的正常生理活动。
关键差异代谢物和差异表达基因的网络相互作用分析
通过网络相互作用分析关键差异代谢物（DMs）和差异表达基因（DEGs），研究人员发现了 7 种与硝酸盐暴露过程相关的必需氨基酸。这进一步证实了氨基酸代谢在硝酸盐对大菱鲆肠道毒性作用中的重要地位。必需氨基酸是鱼类自身无法合成，必须从食物中获取的一类氨基酸，它们参与蛋白质合成、能量代谢等众多生理过程。当这些必需氨基酸的代谢受到硝酸盐干扰时，大菱鲆的整体生理状态也会受到严重影响。
短时间序列表达挖掘器（STEM）分析
STEM 分析发现，有 6 种不同的肠道代谢物时间表达模式呈现动态变化，且这些代谢物主要富集在碳水化合物和脂质代谢方面。这表明在硝酸盐胁迫下，大菱鲆为了抵抗压力，能量需求有所增加。在应对硝酸盐这种外界压力时，大菱鲆的身体启动了一系列的自我保护机制，通过调整碳水化合物和脂质的代谢来满足增加的能量需求，维持生命活动的正常运转。
多组学综合分析结果
多组学分析揭示，持续的硝酸盐胁迫会干扰大菱鲆肠道的蛋白质消化和吸收过程。蛋白质是生命活动的主要承担者，蛋白质消化吸收出现问题，会导致大菱鲆无法获取足够的营养物质，影响其生长和发育。同时，硝酸盐胁迫还会改变胶原蛋白的合成代谢以及细胞外基质（ECM）的特定组成。细胞外基质对维持肠道组织的结构和功能稳定起着关键作用，其组成的改变会破坏肠道的稳态，进而影响肠道的正常功能，使得大菱鲆更容易受到外界病原体的侵袭，引发各种健康问题。
综合研究结果与讨论部分可知，该研究首次对大菱鲆进行了为期 0 - 30 天、硝酸盐浓度为 200mg/L 的时间序列分析。研究结果表明，硝酸盐暴露会对大菱鲆肠道的营养代谢产生多方面的影响，通过干扰氨基酸、碳水化合物和脂质代谢，以及破坏蛋白质消化吸收、改变细胞外基质组成等，最终导致肠道稳态失衡。这项研究有着重要意义，它极大地拓展了人们对于硝酸盐对水生动物肠道毒性机制的认知，让我们更加清楚地了解到硝酸盐在生态系统中的潜在危害。这不仅为后续研究水生动物应对环境污染物的机制提供了宝贵的参考，也为制定更加科学有效的海洋生态系统硝酸盐管理策略奠定了坚实的理论基础，对保护海洋生态环境和水产养殖业的可持续发展有着重要的推动作用。
