发育期斑马鱼暴露于颗粒物诱发自闭症谱系障碍样行为及其褪黑素干预研究

本研究针对空气污染中颗粒物(PM2.5)暴露与自闭症谱系障碍(ASD)的关联机制尚不明确的问题，通过建立斑马鱼模型研究PM标准物质SRM1649b暴露对ASD样行为表型的影响及褪黑素(MEL)的干预效果。研究发现PM暴露并未诱发类似阳性对照丙戊酸(VPA)的典型ASD行为模式，且褪黑素未能有效改善PM或VPA诱导的行为改变，为环境污染物与神经发育障碍的关联机制研究提供了重要实验依据。

　　

随着自闭症谱系障碍(ASD)全球患病率的持续上升（美国疾控中心数据显示每31名儿童中就有1名确诊），环境因素在疾病发生中的作用日益受到关注。空气污染中的细颗粒物(PM_2.5)因其粒径小、组分复杂，能够穿透生理屏障进入全身循环，尤其与神经系统发育异常存在密切关联。流行病学研究显示产前和产后PM_2.5暴露与ASD患病风险存在正相关，但环境污染物如何诱发ASD样行为表型及其分子机制仍是未解之谜。为此，研究人员选择兼具生物医学研究优势和神经行为评价特色的斑马鱼模型，深入探究PM暴露对神经行为发育的影响。

本研究采用美国密西西比大学斑马鱼饲养设施提供的5D野生型斑马鱼胚胎为实验对象。在6小时受精后(hpf)开始持续5天的静态暴露实验，设置包括对照组、褪黑素(MEL)组、丙戊酸(VPA)组、VPA+MEL组、PM组、PM+MEL组、PM+VPA组及PM+VPA+MEL组共8种处理条件。主要技术方法包括：采用标准参考物质SRM1649b模拟城市灰尘暴露（终浓度100μg/mL）；使用ViewPoint和EthoVisionXT行为分析系统进行幼虫光运动反应(LPR)、明暗偏好、集群行为、镜像攻击和社会接触测试；通过 Kaplan-Meier生存分析和三因素方差分析(Three-way ANOVA)进行统计处理。

3.1. 生存和孵化

VPA单独暴露及PM+VPA联合暴露组存活率显著降低40%以上，而褪黑素联合处理组（VPA+MEL和PM+VPA+MEL）与对照组无统计学差异。虽然孵化率无显著组间差异，但PM暴露组在2 dpf时孵化延迟趋势明显，较非PM暴露组低40%。

3.2. 幼虫光运动反应

PM或VPA暴露导致游泳距离平均减少53%和30%，运动模式呈现异常。褪黑素单独处理组活动模式与对照组相似，但与PM或VPA联合时反而加剧运动距离减少。VPA暴露组表现出更不规则的运动模式，光驱动行为明显减弱。

3.3. 明暗偏好

所有含VPA的处理组在明区移动距离和过渡频率均降低70%以上，首次进入明区潜伏期增加17%。PM或褪黑素单独处理未引起显著变化，但PM+MEL联合处理出现过渡频率增加的反常现象。

3.4. 集群行为

VPA或褪黑素暴露（无论是否含PM）使个体间游泳距离更近。PM+VPA联合处理显著改变群体内个体间距离分布模式。

3.5. 镜像攻击

VPA+MEL组在镜区运动时间显著高于MEL和PM+MEL组。VPA暴露主要驱动行为改变，使镜区运动时间增加，而PM暴露则呈现相反效应。高强度加速事件持续时间在VPA+MEL组增加，而在PM+VPA+MEL组出现行为"挽救"现象。

3.6. 社会行为

PM暴露使无身体接触时间减少21%，而褪黑素暴露则增加38%。由于VPA处理组存活率低，仅对照组、PM组和褪黑素组完成社会行为测试。

研究结论表明，颗粒物暴露并未诱发类似VPA的典型ASD行为表型，两者联合处理也未产生预期的叠加或协同效应。褪黑素干预未能有效改善PM或VPA诱导的大部分行为改变，但在某些端点显示出改善生存和孵化趋势的潜力。

讨论部分深入分析了PM复杂组分（重金属、多氯联苯、多环芳烃）的神经毒性机制，指出这些组分可能通过氧化应激、神经炎症和神经元结构改变等途径影响神经发育。研究强调VPA诱导的ASD模型与PM暴露行为表型存在显著差异，提示两者可能通过不同机制影响神经行为发育。褪黑素未能有效改善行为表现的可能原因包括：感觉处理能力受损、测试方法对感觉灵敏度依赖性强、以及给药时机和途径等因素。

该研究的重要意义在于首次系统评价了PM标准物质在斑马鱼模型中诱导ASD样行为的表现特征，为环境污染物与神经发育障碍的关联研究提供了重要实验证据。尽管结果与初始假设存在差异，但为理解PM健康效应的复杂性、开发更有效的干预策略指明了方向，发表在《Neurotoxicology and Teratology》的这项研究为环境健康风险评估提供了新颖的行为毒理学视角。