《Environmental Research》：Chronic exposure to selenium through a natural diet (
Lumbriculus variegatus) resulted in endocrine disruption, and reproductive impairment in zebrafish (
Danio rerio)
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本研究针对水生生态系统硒污染引发的鱼类生殖健康风险，通过模拟自然环境下的膳食暴露途径，揭示了硒通过扰乱下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴关键基因表达（如gnrh、fshβ、cyp19b等）、改变性激素水平（E2、11-KT）和卵黄蛋白原（VTG）合成，导致斑马鱼繁殖力下降、配子质量受损的作用机制。该研究为硒的生态风险评估提供了重要毒理学依据。
水生生态系统正面临采矿等活动导致的硒污染日益严重的威胁。硒作为必需微量元素，在维持鱼类正常生理功能中发挥关键作用，但其安全范围极窄，过量暴露会引发强烈生殖毒性。历史上，美国凯斯特森野生动物保护区、比卢斯湖等硒污染区域曾出现鱼类繁殖失败乃至种群濒临灭绝的生态事件。尽管已有研究通过人工合成饲料添加硒代蛋氨酸（SeMet）的方式证实了硒的生殖危害，但这种暴露模式难以真实反映自然环境中鱼类通过摄食硒污染饵料生物所面临的健康风险。因此，探讨通过自然膳食途径进行慢性硒暴露对鱼类生殖内分泌系统的干扰效应，对于准确评估硒的生态风险具有紧迫性和重要现实意义。
为深入探究环境相关浓度膳食硒暴露的生殖毒性机制，研究人员开展了一项为期60天的慢性暴露实验。本研究的关键技术方法包括：采用富集硒的颤蚓（Lumbriculus variegatus）作为天然饵料对成年斑马鱼进行膳食暴露；使用石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）定量组织硒积累；通过计算机辅助精子分析（CASA）系统评估精子运动参数；利用酶联免疫吸附测定（ELISA）检测血浆性激素（E2, 11-KT）和卵黄蛋白原（VTG）水平；采用实时定量PCR（RT-qPCR）分析HPG轴相关基因表达；并借助苏木精-伊红（H&E）染色进行性腺组织病理学观察。
3.1. 硒浓度
研究表明，膳食硒暴露导致斑马鱼肝脏和性腺中的硒浓度呈剂量依赖性显著升高。值得注意的是，在同一暴露组中，雄性肝脏的硒积累量高于雌性，而性腺中的硒积累则未表现出显著的性别差异。尤其值得关注的是，即使低剂量暴露组雌鱼卵巢中的硒浓度（约28.3 μg/g d.w.）也已超过主要环境机构制定的组织基准阈值（如CCME的14.7 μg/g d.w.），这直接提示了生殖损害的高风险。
3.2. 生长性能和体细胞指数
在整个实验期间，未观察到硒暴露组鱼体出现死亡或形态畸形。硒暴露对雄性和雌性鱼的总长、体重均无显著影响。然而，体细胞指数出现了显著变化：雌性鱼的性腺体指数（GSI）在硒暴露组显著增加，而肝体指数（HSI）在高剂量硒暴露的雄性和雌性鱼中均显著升高。脑体指数（BSI）则未受显著影响。这些结果表明硒暴露主要影响了与生殖和代谢相关的器官。
3.3. 繁殖性能
慢性膳食硒暴露显著损害了斑马鱼的繁殖产出。与对照组相比，低剂量和高剂量硒暴露组的平均产卵量分别下降了42.9%和50.7%。同时，卵直径也显著减小。在雄性方面，精子质量严重受损，总精子活力和前向运动精子百分比均显著降低，精子直线运动速度（VSL）也显著下降。最终，受精成功率在硒暴露组也显著降低。这些数据清晰地表明，膳食硒暴露同时损害了雌雄两性的生殖功能。
3.4. 性腺组织病理学
卵巢组织学分析显示，硒暴露导致晚期卵母细胞（LO）和早期卵黄生成期卵母细胞（EVO）的比例显著减少，而皮层肺泡期卵母细胞（CAO）和初级卵母细胞（PO）的比例增加，表明卵母细胞发育受阻。半定量评估发现卵巢出现粘连（AD）、滤泡间空隙增加（IFS）、退化卵母细胞（DPO）等病变。睾丸组织则表现为空腔（EL）、支持细胞（DSC）和间质细胞（DICL）退化、生精小管形态不规则（ISST）等损伤。这些结构损伤为观察到的生殖功能下降提供了形态学基础。
3.5. 膳食硒改变了斑马鱼血浆中的性激素（E2, 11KT）和VTG水平
血浆激素检测发现，硒暴露显著降低了雌性鱼和雄性鱼（仅高剂量组）的雌二醇（E2）水平。雄性鱼的血浆11-酮基睾酮（11-KT）水平也显著降低，而雌性鱼则无显著变化。卵黄蛋白原（VTG）的变化呈现性别二态性：在雌性鱼中，血浆VTG水平显著下降；相反，在雄性鱼中，VTG水平却显著诱导升高。这种VTG在雄性体内的诱导表达是环境雌激素效应的典型标志，而雌性体内的抑制则表明抗雌激素效应，揭示了硒内分泌干扰作用的复杂性。
3.6. 膳食硒改变了HPG轴基因的转录
基因表达分析揭示了硒暴露对HPG轴的多层次干扰。在雌性脑中，cyp19b（芳香化酶）表达下调；垂体中fshβ、gthα等基因表达受抑制；卵巢中fshr、vtgr表达下降；肝脏中vtg1、vtg2及erα表达下调。在雄性脑中，gnrh、gnrhr、fshβ表达受抑制，而gthα上调；睾丸中fshr、vtgr、cyp19a表达上调，而lhr、cyp11b表达下调；肝脏中vtg1表达上调，erα表达下调。这些基因表达的改变共同导致了HPG轴功能的严重失调。
本研究结论表明，通过自然膳食途径进行环境相关浓度的慢性硒暴露，通过扰乱HPG轴信号传导、抑制类固醇生成和卵黄发生，对斑马鱼造成了显著的内分泌干扰和生殖损伤。研究结果突出了硒污染对水生生物种群可持续性的潜在威胁，强调了在生态风险评估中考虑暴露途径现实性和性别差异的重要性。该研究为理解硒的生殖毒理学机制提供了新的视角，也为制定更精准的环境硒管理标准提供了科学依据。论文发表在《Environmental Research》期刊上。
