镉暴露对南美鲶鱼肝脏蛋白质组的代谢通路影响及其生态毒理学意义

本研究针对镉(Cd)在淡水生态系统中的生态毒性机制不明问题，通过暴露南美鲶鱼(Rhamdia quelen)于环境相关浓度CdCl2 (0.1-100?μg/L)，采用非标记定量(LFQ)蛋白质组学技术，发现10?μg/L组显著改变117种肝脏蛋白，涉及能量代谢、免疫应答等通路，为修订巴西CONAMA水质标准(357/2005)提供科学依据，并建立首个适用于该物种的蛋白质组分析方法。

　　

重金属污染是威胁水生生态系统健康的重要问题，其中镉(Cd)因其长达30年的半衰期和生物累积特性备受关注。尽管巴西CONAMA 357/2005决议允许淡水中Cd浓度达1-10?μg/L，但越来越多的证据表明，即使在此浓度下，Cd仍能通过食物链危害人类健康。尤其令人担忧的是，Cd的毒性机制存在显著的种间差异，而针对南美洲特有鱼种的研究却极为匮乏。南美鲶鱼(Rhamdia quelen)作为当地重要的经济鱼种和生态指示生物，其肝脏作为Cd的主要蓄积器官，可能通过干扰代谢通路引发连锁毒性反应，但相关分子机制始终是未解之谜。

为破解这一科学难题，巴西研究团队在《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》发表创新性研究。该团队将雄性R. quelen暴露于0.1-100?μg/L CdCl₂
15天后，采用基于UniProtKB数据库的非标记定量蛋白质组学技术(LFQ)，系统分析了肝脏蛋白质组变化。通过优化样本前处理流程，首次建立了适用于该物种的标准化蛋白质组分析方法。

Reagents and solutions
研究采用Sigma-Aldrich等品牌试剂，通过SDS裂解缓冲液提取肝脏蛋白，结合高效液相色谱-质谱联用技术进行蛋白鉴定。

Results and discussion
研究发现10?μg/L组引起最显著的蛋白质组改变，从1366个检测蛋白中筛选出117个差异表达蛋白。这些蛋白主要参与三羧酸循环(TCA)、糖酵解等能量代谢通路，同时影响蛋白质合成/降解平衡和解毒系统。特别值得注意的是，Cd暴露导致锌结合蛋白表达紊乱，证实了Cd²⁺
与Zn²⁺
的离子竞争假说。1?μg/L组虽变化较弱，但已显示代谢扰动，这对现行水质标准提出挑战。

Conclusion
该研究不仅揭示了Cd通过干扰多重代谢通路产生肝毒性的分子机制，更建立了首个南美鲶鱼蛋白质组分析标准流程。研究发现环境相关浓度(1-10?μg/L)即可引发显著代谢紊乱，为修订巴西水质标准提供了关键实验证据。从转化医学角度看，鉴定的差异蛋白如谷胱甘肽S-转移酶(GST)等，可作为新型生物标志物用于环境监测。这项研究填补了热带鱼类毒理蛋白质组学的空白，为发展精准生态风险评估提供了技术框架。

研究团队特别强调，Ana Carolina Felipe da Silva等作者采用多学科交叉策略，将传统毒理学与组学技术有机结合。通过CRediT系统明确标注了每位作者的贡献，包括实验设计、数据分析和论文撰写等环节。该工作获得CAPES和CNPq基金支持，相关成果对理解重金属的种属特异性毒性具有重要启示意义。