汞暴露对海鸟发育的隐性影响：谷胱甘肽硫转移酶基因表达下调揭示毒性机制

本研究首次在野生海鸟（华丽军舰鸟）中揭示血汞浓度与解毒关键基因表达的负相关关系，发现GSTA1、GSTA2和GSTT1_1表达随汞浓度升高显著降低（p<0.001），表明汞暴露可能通过抑制谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）表达削弱机体解毒能力，为污染物毒性机制研究提供了分子层面新证据。

　　

Highlight

数据收集

我们于2022年6月在法属圭亚那近海的大康内塔布尔岛（4°49′30N; 51°56′00W）开展本研究，该自然保护区每年约有1800对军舰鸟繁殖。我们随机捕获并筛选了18只年龄相近的雏鸟，在3分钟内从肱静脉采集1.5mL血液样本，其中部分样本保存于RNAprotect动物血液采集管中。

结果

在15个候选基因中，GSTT1_0和GPX2表达水平极低（超过50%样本中计数低于10），但所有基因均保留用于数据分析。血液汞浓度范围为0.76至2.89 μg g^-1干重，平均浓度为1.28 ± 0.51 μg g^-1干重。随着汞浓度升高，谷胱甘肽硫转移酶α1（GSTA1；Wald统计量W = -6.98，校正后p值<0.001）、α2（GSTA2；W = -3.85，p-adj = 0.004）和θ1_1（GSTT1_1；W = -2.84，p-adj = 0.045）的表达水平显著降低（表1，图1）。其他谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽合成酶与还原酶、硫氧还蛋白还原酶及金属硫蛋白的表达均未发现显著关联。

讨论

我们的研究首次为汞可能干扰野生鸟类解毒相关基因表达提供了相关性证据。我们证实了特定谷胱甘肽硫转移酶基因表达水平与血汞浓度之间的关联，凸显了这些基因在解毒过程中的重要性。与预期相反，我们未发现金属硫蛋白或硫氧还蛋白还原酶基因与汞浓度的关联，这可能反映物种特异性响应或本研究检测的特定基因亚型功能特殊性。值得注意的是，汞暴露与GSTA1、GSTA2和GSTT1_1表达的负相关关系表明，高汞浓度可能削弱机体解毒能力。GSTs是II相解毒酶超家族成员，通过催化谷胱甘肽与亲电物质（包括汞等重金属）的结合反应促进其排出。GSTs表达降低可能导致有毒物质积累，增强氧化损伤和细胞毒性。本研究结果与先前发现汞抑制GST活性的动物实验一致（Hoffman和Heinz, 1998），但首次在野生鸟类中通过基因表达分析证实该现象。

结论

我们的研究首次提供相关性证据，表明汞暴露可能影响直接参与解毒过程的关键基因或含硫醇保护蛋白的表达。虽然未发现汞与谷胱甘肽过氧化物酶、合成酶、还原酶、金属硫蛋白及硫氧还蛋白还原酶编码基因的显著关联，但特定GST基因的表达变化表明汞暴露可能干扰谷胱甘肽代谢通路。这些发现强调需要进一步研究污染物对分子途径的影响，以及物种特异性解毒机制。通过将传统生理测量与基因表达分析相结合，我们能更全面了解环境污染物对野生动物健康的影响。