环境相关浓度阿维菌素长期暴露对大口黑鲈肠道毒性研究:分子归趋、生物累积风险及其植物修复潜力

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:Environmental Chemistry and Ecotoxicology 9.0

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  为探究阿维菌素(ABA)对鱼类肠道健康影响,研究人员以大口黑鲈为对象,研究其慢性暴露毒性。发现 ABA 致氧化应激、炎症、凋亡等损伤,姜黄素(CUR)可缓解。该研究为水产安全及农药监管提供科学依据。

  阿维菌素(ABA)作为农业和水产养殖中广泛使用的杀虫剂,其在水生环境中的残留已成为潜在生态威胁。目前,关于 ABA 对食用鱼类肠道健康的毒性效应及长期暴露风险的研究尚不明确,尤其是其在肠道内的分子作用机制和生物累积特性缺乏系统数据。此外,如何有效缓解 ABA 对鱼类的毒性损伤、保障水产养殖安全和食品安全,仍是亟待解决的科学问题。在此背景下,四川农业大学的研究人员开展了相关研究,旨在揭示 ABA 对大口黑鲈(Micropterus salmoides)肠道的慢性毒性机制,并探索姜黄素(CUR)对 ABA 毒性的缓解作用。该研究成果发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》,为评估 ABA 的环境风险及开发生态友好型解毒策略提供了重要科学依据。
研究人员采用组织病理学分析、酶活性检测、基因和蛋白表达分析、分子对接及高效液相色谱(HPLC-UV)等技术,以大口黑鲈为模型生物,设置对照组、ABA 暴露组及不同浓度 CUR 干预组,进行了为期 6 周的慢性暴露实验。通过检测肠道组织损伤、氧化应激标志物(如 SOD、GSH-Px、CAT、MDA)、炎症因子(如 IL-8、IL-1β、TNF-α)、紧密连接蛋白(如 claudin-5、occludin、ZO-1)、凋亡和自噬相关基因(如 bax、bcl-2、atg 家族)的表达,结合 ABA 在肠道中的生物累积量测定,系统评估了 ABA 的毒性效应及 CUR 的干预效果。

3.1 ABA 诱导肠道组织病理改变


对照组肠道组织绒毛完整、上皮细胞排列整齐,而 ABA 暴露组(B 组)出现绒毛萎缩、上皮细胞脱落、杯状细胞渗出、固有层炎症细胞浸润等严重损伤。CUR 干预组(C、D、E 组)随 CUR 浓度升高,组织损伤程度减轻,显示 CUR 对 ABA 诱导的肠道结构破坏具有修复作用。

3.2 氧化应激与抗氧化失衡


ABA 暴露导致活性氧(ROS)水平升高,抗氧化酶(SOD、GSH-Px、CAT)活性显著降低,丙二醛(MDA)含量增加,同时 nrf2/keap1 和 pgc-1α 通路失调。CUR 干预显著提升抗氧化酶活性,下调 keap1 表达,上调 pgc-1α 转录,表明 CUR 通过调控氧化应激通路缓解 ABA 诱导的氧化损伤。

3.3 紧密连接破坏及其缓解


ABA 暴露显著下调紧密连接蛋白(claudin-5、claudin-7、occludin、ZO-1)的基因和蛋白表达,破坏肠道屏障功能。低浓度 CUR(50 mg/kg,C 组)可显著上调紧密连接蛋白转录,而高浓度 CUR(200 mg/kg,E 组)效果减弱,提示 CUR 对肠道屏障的保护作用存在浓度依赖性。

3.4 免疫功能障碍与炎症反应


ABA 暴露通过 NF-κB 通路诱导炎症因子(IL-8、IL-1β、TNF-α 等)过度表达,同时抑制免疫酶(ACP、AKP)活性。CUR 干预显著抑制 NF-κB 活化,下调促炎因子,上调抗炎因子 IL-10 和 TGF-β1,表明 CUR 可有效缓解 ABA 诱导的肠道炎症和免疫抑制。

3.5 细胞凋亡与自噬异常


ABA 暴露通过 TNF/TNFR1 通路诱导细胞凋亡,表现为 bax、caspase-3/8/9 等凋亡基因表达上调,bcl-2 表达下调。同时,ABA 激活自噬通路,atg 家族基因和 LC3II 表达增加,PI3K/AKT/mTOR 通路受抑制。CUR 干预可下调凋亡和自噬相关基因表达,恢复 PI3K/AKT/mTOR 信号传导,表明 CUR 对 ABA 诱导的细胞程序性死亡和自噬失衡具有双重调控作用。

3.6 分子对接与生物累积


分子对接显示,ABA 通过氢键和疏水作用与超氧化物歧化酶(SOD)同工酶及 AKT 蛋白紧密结合,干扰其功能。HPLC-UV 检测表明,ABA 在肠道组织中显著累积,而 CUR 干预(尤其是 200 mg/kg,E 组)可降低 ABA 生物累积量,提示 CUR 可能通过减少 ABA 肠道吸收或促进其代谢排泄发挥保护作用。

3.7 生物标志物关联分析


相关性分析表明,ABA 累积量与氧化应激标志物(MDA)呈正相关,与抗氧化酶(SOD、GSH-Px)呈负相关,炎症因子与氧化应激指标显著关联,揭示氧化应激 - 炎症 - 凋亡 - 自噬通路的串扰在 ABA 毒性机制中的核心作用。综合生物标志物响应(IBR)分析进一步验证了 CUR 的解毒效果。

研究表明,环境相关浓度的 ABA 对大口黑鲈肠道具有显著慢性毒性,其机制涉及氧化应激、炎症反应、紧密连接破坏、细胞凋亡和自噬失调,且 ABA 在肠道中具有生物累积风险,可能通过食物链威胁人类健康。姜黄素通过调控 Nrf2/Keap1、NF-κB、PI3K/AKT/mTOR 等信号通路,有效缓解 ABA 诱导的肠道损伤,降低 ABA 生物累积,展现出作为水产养殖中 ABA 毒性解毒剂的潜力。该研究首次系统揭示了 ABA 对食用鱼类肠道的多靶点毒性机制,强调了将食用鱼类纳入农药环境风险评估的必要性,为制定 ABA 安全使用标准和开发植物源解毒策略提供了重要理论依据。未来研究需进一步从单细胞水平和时间动态角度解析 ABA 毒性的分子轨迹,为完善水产养殖污染防控体系提供更深入的科学支撑。

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