赤藓糖醇通过Shh/Nodal和Notch通路干扰斑马鱼神经发育信号与行为的机制研究

本研究针对FDA批准的人工甜味剂赤藓糖醇（erythritol）的神经发育毒性争议，利用深度学习平台EmbryoNet预测并验证其通过干扰shh/nodal和Notch通路导致斑马鱼微头畸形、神经干细胞减少及行为异常，首次揭示其与ASD/ADHD相关基因的关联，为食品安全评估提供新范式。

　　

在追求低卡健康的时代，人工甜味剂已成为食品工业的宠儿。赤藓糖醇（erythritol）作为FDA批准的零热量甜味剂，其全球年消费量高达25万吨，中国占比达32%。然而，近期研究发现其血浆浓度与心血管疾病风险呈正相关，更令人担忧的是，同类甜味剂如阿斯巴甜、木糖醇已被证实具有神经毒性。面对这一矛盾，科学界亟需回答：这种"安全代糖"是否会影响神经发育？

中国研究人员通过前沿技术给出了警示性答案。他们发现，即使符合FDA标准的赤藓糖醇浓度（3-7 mg/mL），也会导致斑马鱼胚胎出现特异性发育异常。研究团队采用深度学习驱动的EmbryoNet平台——该平台经过200万张胚胎图像训练，能识别shh、nodal等7种关键发育通路的细微异常。实验验证显示，暴露组出现小头畸形、神经干细胞减少和脑细胞凋亡增加。机制研究表明，赤藓糖醇通过抑制ddx3x基因表达，破坏其与crebbp（CREB结合蛋白）的相互作用，进而下调Notch通路配体（dll4、jag1a）和受体（notch1b、notch2）。这些改变引发级联效应：GABA/谷氨酸失衡（gad1b上调和gabra2a下调）、多巴胺代谢异常（dat上调和comt下调），最终导致幼鱼出现趋触性增强、刻板重复行为等异常表现。

关键技术方法
研究采用EmbryoNet深度学习模型预测胚胎表型，结合转基因斑马鱼系Tg(elavl3:EGFP)进行神经发育观察。通过qPCR检测shh/nodal通路基因表达，Western blot验证Notch通路蛋白变化，高效液相色谱分析神经递质水平，并开展趋触性、运动轨迹等行为学分析。

主要研究结果

1. 深度学习预测胚胎信号异常
   EmbryoNet热图显示赤藓糖醇显著增加shh/nodal信号异常比例。高浓度组shha/shhb基因表达降低，而低浓度组nodal3/nodal6表达升高，呈现剂量依赖性效应。

2. 神经发育表型验证
   暴露组胚胎自发尾部摆动减少48%，转基因鱼神经荧光强度降低35%。组织学显示端脑区域缩小21%，凋亡细胞增加2.3倍，与ASD模型表型高度相似。

3. 分子机制解析
   ddx3x表达下降导致Notch配体受体网络紊乱，进而影响下游神经发生相关基因（sox2、pax6a）。同时发现5个ASD相关基因（shank3a/b、tanc2a/b、nomo1）和3个ADHD相关基因（lphn3.1/3.2、per1b）表达异常。

4. 行为学异常
   暴露组幼鱼在开放场测试中运动距离增加62%，边缘区域停留时间延长78%，呈现典型焦虑样行为。光斑刺激下的逃避反应潜伏期延长3倍，提示感觉运动整合障碍。

结论与意义
该研究首次建立赤藓糖醇暴露与神经发育障碍的因果关系链：从shh/nodal通路初始扰动→Notch信号传导中断→神经发生异常→行为表型改变。特别值得注意的是，受影响的基因群与人类ASD/ADHD高度重叠，如shank3（突触支架蛋白基因）和lphn3（黏附GPCR基因）。这些发现为解释甜味剂相关神经发育风险提供了分子基础，也警示当前安全评估体系需纳入神经毒性指标。研究建立的"深度学习预测-多组学验证"范式，为食品添加剂风险评估开辟了新路径。