《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Molecular insights into hydrogen sulfide defense: A tissue-resolved transcriptomic study in the crab
Eriocheir sinensis
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氢硫气体（H?S）对中华绒螯蟹四组织氧化应激与代谢响应的转录组学研究显示，高浓度H?S诱导抗氧化酶（SOD、CAT、GSH-PX）及保护基因（SOD1、GPX1、HO-1）显著上调，同时抑制线粒体电子传递链（COX活性下降）。研究揭示了H?S通过氧化应激与能量代谢失衡引发组织损伤的分子机制，为生态风险评价和养殖管理提供理论依据。
田健|周子涵|韩明明|Tay Yi Juin|包梦宇|傅龙龙|姜启晨
江苏省淡水渔业研究院中国绒螯蟹产业研究中心，中国江苏省南京市，210017
摘要
水生生态系统中多种非生物胁迫因素的日益普遍引发了一系列严重的生态问题。尽管已经对某些水生物种对硫化氢（H?S）的分子反应进行了研究，但绒螯蟹（Eriocheir sinensis）的组织特异性调控机制仍知之甚少。在暴露于不同浓度（0、0.1和5 mg/L）的H?S 48小时后，研究人员采集了四个关键组织（肝胰腺、鳃、肌肉和肠道），对其进行了转录组测序和生理/生化分析。研究结果表明，受影响组织中与丝氨酸内肽酶活性和酪氨酸代谢相关的通路显著富集，这表明这些通路可能在缓解H?S引起的损伤中发挥作用。此外，高浓度H?S暴露显著提高了抗氧化酶（SOD、CAT、GSH-PX）的活性，并上调了相关基因（SOD1、GPX1、HO-1）的表达，同时抑制了细胞色素c氧化酶的表达。这些协同变化表明，H?S的毒性会引发明显的氧化应激和能量代谢紊乱。本研究为了解甲壳类动物中H?S毒性的分子机制提供了新的实验见解，并为生态风险评估和可持续水产养殖管理提供了科学依据。
引言
硫化氢（H?S）是一种无色气体，具有典型的臭鸡蛋气味，在厌氧环境中（包括海洋沉积物、沼泽和分解的有机物中）是一种普遍存在的强效毒物（Yin等人，2021年）。其来源包括自然生物地球化学过程、工业排放和农业活动。由于其高溶解度和化学反应性，H?S不仅对局部生态系统构成威胁（Bergstedt等人，2024年），还通过大气传输对更广泛的环境造成影响（Sokolov等人，2021年）。在水生系统中，H?S的积累与有机物富集、溶解氧耗尽以及沉积物的厌氧氧化密切相关（Paul等人，2021年）。富营养化和污染物负荷的加剧，尤其是在沿海和内陆水域，会加剧底部水体的缺氧，从而促进硫酸盐还原菌的增殖和H?S的释放。此外，H?S的存在还会改变水产养殖水的微生物群落结构，进一步加剧水质恶化的风险（Lv等人，2021年）。
硫化氢（H?S）在水生环境中是一种强效毒物，即使在低浓度下也能损害生物体的生理代谢、导致组织损伤并改变种群动态（Zhang等人，2024年）。其毒性主要源于对线粒体电子传递链的抑制（Paul等人，2021年），这体现在其对细胞色素c氧化酶（COX）活性的抑制（Allore等人，2021年）以及诱导甲壳类动物的表观遗传变化（Kelley等人，2021年）。从最初的线粒体功能障碍到随后的氧化应激和细胞损伤，这一系列过程构成了明确的毒理学途径。然而，针对这一途径可能激活的组织特异性分子适应机制和协同防御机制仍知之甚少。绒螯蟹（Eriocheir sinensis）作为一种重要的经济物种，由于其生活在水塘底部，有机物分解经常导致H?S积累，因此特别容易受到H?S的影响（Schunck等人，2013年）。尽管存在这一重大威胁，但关于该物种中H?S分子毒性的研究仍然有限，尤其是不同器官如何协调系统反应方面的研究。这一知识空白阻碍了对其致病影响的全面理解以及螃蟹的适应能力研究。
因此，为了阐明H?S这一淡水养殖系统中隐藏的环境胁迫因素的生态毒理学机制，本研究以绒螯蟹E. sinensis为研究对象，探讨其不同组织如何协调分子防御机制以应对H?S胁迫。基于整合环境生理学和分子毒理学的概念框架（该框架认为H?S会引发线粒体功能障碍，进而导致氧化应激爆发，并触发包括经典抗氧化系统和内源性H?S代谢在内的多层次防御反应），本研究采用多组织转录组方法系统分析了肝胰腺、鳃、肠道和肌肉对H?S暴露的反应。我们提出了以下可验证的假设：首先，H?S胁迫会诱导组织特异性的转录组重编程；其次，如鳃和肝胰腺等代谢活跃的组织将表现出最显著的防御反应。通过阐明H?S毒性的分子基础，本研究旨在填补现有知识空白，深入理解其致病途径和螃蟹的适应机制，并为E. sinensis水产养殖中的H?S缓解策略提供理论依据。
部分内容摘录
硫化物
本研究中使用的硫化物是硫化钠（CAS：1313-82-2），购自中国上海的Sinopharm Chemical Reagents有限公司。分析纯度的Na2S通过精度为0.0001 g的分析天平准确称量，以配制设定浓度的测试溶液。
动物和实验方案
E.sinensis样本由江苏省淡水渔业研究院的实验基地提供，随机选取了300只雄性个体（平均体重15.6 ± 4.8 g）用于研究。
抗氧化酶活性的变化
如图1所示，随着H2S浓度的增加，E.sinensis各种组织中抗氧化相关酶的活性总体呈上升趋势。其中，SOD、CAT和GSH-PX的活性在0.1 mg/L时略有上调，在5 mg/L时显著上调，尤其是在肝胰腺和肠道中（p < 0.05）。MDA和LPO的含量也随着H2S浓度的增加而增加，表明脂质过氧化的程度
讨论
高浓度的H?S对水生动物具有广泛的毒性作用，会对许多关键器官和生理系统造成严重损害，影响生长、免疫力和生存能力，甚至导致死亡（Singh和Chandra，2019年）。
在肝胰腺中——这一主要负责蛋白质、脂质和碳水化合物代谢以及解毒的代谢器官（Zhang等人，2023年）——H?S暴露引发了明显的氧化应激反应。由于其高代谢活性
结论
这项转录组研究表征了E.sinensis对H?S胁迫的分子反应，涉及四个组织。高浓度的H?S增强了关键抗氧化酶（SOD、CAT、GSH-PX）及相关基因（SOD1、GPX1、HO-1）的活性，并触发了卟啉、酪氨酸和谷胱甘肽的代谢途径以减轻氧化损伤。然而，COX的下调和总抗氧化能力的下降表明在严重胁迫下系统负荷过重和组织受损。这些结果阐明了螃蟹的
CRediT作者贡献声明
田健：验证、监督、资源提供。周子涵：资金获取、正式分析。韩明明：资金获取。Tay Yi Juin：资源提供。包梦宇：软件使用。傅龙龙：实验研究。姜启晨：资金获取、正式分析。
伦理声明
所有涉及动物的实验程序均经过江苏省淡水渔业研究院动物伦理委员会的审查和批准（批准编号2025–015）。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了江苏省科技规划专项基金（现代农业关键研发计划）（项目编号BE2023301）的支持。
