氨胁迫下海洋轮虫Brachionus plicatilis的氧化应激与MAPKs/AMPK通路介导的自噬及凋亡机制研究

本研究针对工业排放导致水体氨浓度升高的生态问题，通过海洋轮虫Brachionus plicatilis模型，系统揭示了氨暴露通过MAPKs和AMPK信号通路诱发氧化应激、自噬及凋亡的分子机制。研究人员发现24h-LC50为32.86 mg/L，慢性暴露会显著抑制种群增长和繁殖力，并首次证实ROS介导的ERK/p38/JNK通路激活与AMPK能量代谢紊乱是毒性关键。该成果为水生生态风险评估提供了新靶点，发表于《Aquatic Toxicology》。

　　

随着全球工业化进程加速，氨作为第二大人工合成化学品，其水体浓度在农业和工业排放区域已高达20-30 mg/L NH₃-N，远超自然水体0.01-0.1 mg/L的本底值。这种环境变化对水生生物构成严重威胁，特别是游离氨(NH₃)的毒性可达离子态(NH₄⁺)的数百倍。尽管已有研究报道氨会导致水蚤生长迟缓和鱼类死亡率上升，但其分子机制尤其是对关键生态指示物种——轮虫的毒性通路仍不明确。

成均馆大学生物科学系的研究团队选择海洋轮虫Brachionus plicatilis作为模型，这种体长不足1毫米的生物虽小，却是连接浮游植物与高等捕食者的重要生态纽带。通过整合急性/慢性毒性实验、氧化应激分析和Western blot等技术，研究人员首次绘制出氨胁迫下从生理损伤到分子通路的完整图谱。

关键技术包括：1) 24小时急性毒性测试确定LC₅₀；2) 6天慢性暴露观察种群动态；3) H₂DCFDA荧光探针检测活性氧(ROS)；4) Western blot分析MAPKs(ERK/p38/JNK)和AMPK通路蛋白表达；5) 吖啶橙染色评估自噬体形成。

【急性与慢性毒性】

24小时暴露显示无观察效应浓度(NOEC)为25 mg/L，LC₅₀达32.86 mg/L。慢性实验中，10 mg/L氨即导致轮虫种群增长率下降37%，个体寿命缩短22%，繁殖力降低41%，表明亚致死浓度仍具显著生态风险。

【氧化应激机制】

氨暴露组ROS水平呈剂量依赖性升高，伴随超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性下降。Western blot显示ERK和p38磷酸化水平分别增加2.3倍和1.8倍，证实MAPKs通路被激活。

【能量代谢与细胞命运】

AMPKα磷酸化水平升高3.1倍，提示细胞能量危机。下游LC3-II/LC3-I比值上升表明自噬激活，同时caspase-3剪切体增加证实凋亡途径启动，二者共同导致轮虫生理功能衰退。

讨论部分指出，该研究首次阐明氨毒性通过双重通路发挥作用：一方面ROS-MAPKs轴诱发细胞应激反应，另一方面AMPK能量感应通路失调导致自噬与凋亡的"双刃剑"效应。这一发现不仅解释了轮虫种群衰退的分子基础，更为制定基于信号通路的生态基准值提供了理论依据。值得注意的是，轮虫对氨的敏感性远高于鱼类，提示其在生态风险评估中具有早期预警价值。研究团队建议将AMPK/p38作为新型生物标志物，用于监测近海养殖区的氨污染水平。