铜纳米颗粒对斑马鱼性腺发育的生殖毒性机制及褪黑素的干预作用研究

本研究针对铜纳米颗粒(CuNPs)在水生环境中的生态风险，系统揭示了其通过氧化应激(ROS)、内分泌干扰(E2↑/T↓)和基因调控(zgc:153993、hsp70l-MAPK/ERK)损害斑马鱼性腺发育的分子机制，创新性发现褪黑素可通过激活核糖体生物发生(si:dkey-103j14.5)和天冬氨酸代谢(got2a)等多通路实现治疗干预，为纳米材料安全应用提供新策略。

　　

随着纳米技术的迅猛发展，铜纳米颗粒(CuNPs)因其独特的物理化学性质在抗菌、催化等领域广泛应用，但随之而来的环境释放风险引发严重关切。尤其令人担忧的是，这些直径仅5-10nm的"双刃剑"通过工业废水等途径进入水体后，可能对水生生物造成隐秘而持久的生殖系统损害。斑马鱼作为国际公认的水生态毒理学模式生物，其性腺发育过程与人类存在高度保守性，成为研究纳米材料生殖毒性的理想窗口。

中国水产科学研究院黑龙江水产研究所的研究团队在《Aquatic Toxicology》发表的重要研究，首次系统阐明了CuNPs通过三重机制破坏斑马鱼性腺发育：在生理层面引发氧化损伤和内分泌紊乱（雌二醇E₂异常升高而睾酮T降低）；在分子层面抑制关键基因zgc:153993激活线粒体凋亡途径，同时阻断hsp70l-MAPK/ERK保护性反馈回路。更引人注目的是，该研究创新性发现内源性激素褪黑素能通过多靶点干预实现治疗逆转，包括修复氧化损伤的核酸、清除异常凋亡产物，并通过上调got2a基因激活天冬氨酸代谢通路这一全新机制。

研究人员采用30天慢性暴露实验建立CuNPs毒性模型，结合LC₅₀测定、性腺组织病理分析、激素ELISA检测等技术，并运用转录组测序揭示关键通路变化。通过比较CuNPs暴露组与褪黑素干预组的差异表达基因，采用KEGG通路富集分析定位核心调控网络。

【生存率数据】显示CuNPs的30天LC₅₀为0.934 mg/L，1 mg/L暴露组存活率骤降至27%，证实其慢性毒性远高于急性效应。【性腺发育相关效应】部分通过组织学证实CuNPs导致生殖细胞发育停滞，同时激素检测发现E₂/T比值异常升高2.3倍。转录组分析揭示氧化磷酸化通路异常激活，内质网应激相关蛋白处理通路显著富集。

【结论】部分强调褪黑素通过三重保护机制发挥作用：拮抗ROS直接修复氧化损伤；上调核糖体生物合成基因si:dkey-103j14.5促进损伤修复；激活溶酶体通路基因si:ch211-122f10.4清除异常蛋白聚集体。特别值得注意的是，天冬氨酸代谢通路的发现为理解褪黑素跨器官保护作用提供了新视角。

这项研究不仅填补了纳米材料生殖毒性机制的认识空白，更开创性地提出内源性激素的生态解毒策略。其价值在于：建立CuNPs环境风险预测模型（RQ风险商数达81%），揭示的hsp70l-MAPK/ERK调控环路为生殖毒理研究提供新靶点，而褪黑素的干预方案对保障水产养殖安全具有直接应用前景。该成果为平衡纳米技术发展与生态安全提供了重要科学依据，对制定纳米材料环境标准具有指导意义。