《Fish & Shellfish Immunology》：Combined effects of temperature and metals on immunity of juveniles of European oyster
Ostrea edulis
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本研究探讨了不同温度（5、15、22°C）和锌（100、1000 μg/L）、铜（10、100 μg/L）浓度对幼体欧洲 flat oyster免疫反应的影响，发现温度对免疫功能的调控作用显著强于金属污染，高温和低温均导致氧化应激和免疫抑制，为生态恢复提供了理论依据。
哈利娜·法尔富申斯卡（Halina Falfushynska）|多米尼克·诺策尔（Dominique Noetzel）|伯恩德·苏雷斯（Bernd Sures）|米伦·纳切夫（Milen Nachev）|贝尔纳黛特·波戈达（Bernadette Pogoda）|贝伦热·科尔苏尔（Bérenger Colsoul）|伊娜·M·索科洛娃（Inna M. Sokolova）
德国科滕的安哈尔特应用科技大学（Anhalt University of Applied Sciences, K?then, Germany）
摘要
欧洲扁平牡蛎（Ostrea edulis）是一种重要的生态系统工程师，但由于过度捕捞、栖息地退化和疾病，其种群数量已大幅下降。有效的恢复措施需要了解环境压力因素如何影响幼年牡蛎，这一阶段对它们的生存和补充至关重要。虽然锌（Zn）和铜（Cu）等微量元素是必需的，但高浓度会干扰细胞生理和免疫功能，尤其是在气候变化导致的温度波动下。在这项研究中，我们调查了溶解态锌（100和1000 μg L-1）和铜（10和100 μg L-1）在三种温度（5 °C、15 °C、22 °C）下对幼年O. edulis免疫防御的联合影响。对照组的基础组织浓度分别为73.0 ± 9.5 μg g-1的铜和1240.5 ± 113.7 μg g-1的锌，且未受温度影响。低浓度金属暴露没有改变组织浓度，而高浓度暴露则导致温度依赖性的积累，在22 °C时达到峰值（CuH：381.9 ± 78.6 μg g-1；ZnH：4573.6 ± 603.8 μg g-1）。温度显著调节了细胞免疫：血细胞数量在15 °C时最高，吞噬作用和酸性磷酸酶活性在22 °C时增加，而脂质过氧化水平在5 °C和22 °C时升高，表明在极端温度下存在应激反应。锌刺激了酸性磷酸酶的活性，但抑制了酚氧化酶的活性；铜增加了血细胞的死亡率，并适度刺激了酚氧化酶的活性。溶菌酶活性在低温暴露（5 °C）时升高，表明抗菌防御能力增强。多变量PLS-DA分析显示，温度比金属暴露更能清晰地分离免疫特征。这些结果表明，温度是塑造幼年O. edulis免疫能力的主要因素，而环境现实水平下的金属污染仅产生轻微影响，这对气候变化下的恢复和管理具有启示意义。
引言
海洋双壳类动物，包括欧洲扁平牡蛎（Ostrea edulis），作为重要的生态系统工程师，在栖息地形成、水质调节和生物地球化学循环中发挥着重要作用（Vaughn和Hoellein，2018；Jansen等人，2019）。通过滤食活动，它们在食物网中控制浮游植物的数量，同时其物理结构通过提供栖息地和稳定基底来增强生物多样性。牡蛎礁还通过减少海岸侵蚀和缓解极端天气事件的影响来提高沿海地区的韧性（Hynes等人，2022）。此外，O. edulis和其他双壳类动物是重要的水产养殖物种，支持蓝色经济并有助于粮食安全（Guinotte和Fabry，2008；Dumbauld等人，2009；Willer和Aldridge，2020）。
病原体和寄生虫是野生和养殖海洋双壳类动物种群的主要死亡原因（Zgouridou等人，2022）。作为滤食性动物且寿命较长，双壳类动物持续暴露于海水和沉积物中的多种微生物（Saco等人，2023）。它们的防御依赖于先天免疫系统，该系统严重依赖于血细胞，这些血细胞构成了血淋巴的主要细胞成分（Allam和Raftos，2015）。血细胞协调先天免疫防御并支持关键生理过程，包括营养运输、伤口愈合、解毒和壳矿化（de la Ballina等人，2022；De La Forest Divonne等人，2025；Ivanina等人，2017）。它们介导核心效应功能，如吞噬作用、包裹作用以及细胞毒性分子和信号因子的产生，因此其组成和功能状态密切反映了动物的整体生理和免疫状况（Allam和Raftos，2015；de la Ballina等人，2022；De La Forest Divonne等人，2025）。然而，双壳类动物的生态和经济作用日益受到环境压力因素的威胁，包括金属污染和温度升高，这些因素会损害血细胞功能并削弱免疫防御。在全球气候变化下，由于病原体传播和增殖的增加以及长时间或极端高温暴露对双壳类动物免疫功能的抑制，传染病的爆发预计将变得更加频繁（Matozzo等人，2012；Matozzo和Marin，2011；Burge等人，2014）。此外，城市化和污染以及海表温度的升高可能会通过增加病原体暴露和削弱免疫防御进一步加剧疾病风险（Zgouridou等人，2022；Masanja等人，2023b）。
双壳类动物的免疫功能对环境压力因素（包括温度和污染）非常敏感（Gestal等人，2008；Allam和Pales Espinosa，2016；Balbi等人，2021）。在物种特定的最佳范围内，轻微的升温可以增强免疫反应，而极端温度或长期的非最佳暴露则会抑制免疫并增加病原体的易感性（Matozzo等人，2012；Rahman等人，2019；Masanja等人，2023a；Masanja等人，2023b）。免疫参数是金属污染最早的也是最敏感的指标之一（Ivanina等人，2016；Falfushynska等人，2024；Wu等人，2024），血细胞对金属和温度压力特别敏感（Perez和Fontanetti，2010；Liu等人，2018；Efthimiou等人，2021；de la Ballina等人，2022；Luo和Wang，2022）。在成年牡蛎中，暴露于镉（Cd）和铜（Cu）等金属或含金属的纳米颗粒会引发氧化应激，破坏免疫基因表达，损害血细胞功能（包括吞噬作用），并可能触发细胞凋亡（Oliver等人，2001；Hoeher等人，2012；Wang等人，2014；Ivanina等人，2016；Wu等人，2020；Wu和Sokolova，2021）。金属还可能使微生物群落富集抗生素抗性基因，进一步增加疾病易感性（Pavón等人，2022）。此外，温度升高会改变污染物的毒代动力学，通常会增加金属的吸收，同时对消除过程的影响较小（Sokolova和Lannig，2008；Hallman和Brooks，2015a；Nin和Rodgher，2021）。这种不平衡可能导致内部金属负担增加，引发氧化应激并损害免疫能力。然而，关于金属和温度对幼年牡蛎免疫的联合影响知之甚少。了解这些相互作用对于优化孵化条件、指导恢复策略和在变化的气候中提高恢复力评估至关重要（Jones，2006；Neokye等人，2024a，b）。
欧洲扁平牡蛎O. edulis曾经在欧洲海域繁盛，但由于过度捕捞、疾病、入侵物种和污染，其种群数量已大幅下降（Pogoda，2019；Thurstan等人，2024a，b）。RESTORE和DAM CREATE等项目旨在将这一生态上至关重要的物种重新引入北海（Alter等人，2024；Ellrich等人，2025；Sidorenko等人，2025），并强调了了解环境压力因素如何影响常用于恢复工作的幼年牡蛎的表现和健康的重要性。虽然双壳类动物幼体对温度和金属污染表现出高度敏感性，温度升高和金属污染都与孵化失败有关（Jones，2006；Neokye等人，2024a），但成年牡蛎具有更大的耐受性（Ringwood等人，2004；Muller等人，2010；Zhan等人，2023）。然而，关于O. edulis幼体对微量金属的敏感性知之甚少，尤其是在不同温度下。这一发育阶段对成熟和生长至关重要，幼体暴露于温度和污染的联合压力可能会影响它们成年后的适应性和表现（Lika和Nisbet，2000；Parker等人，2013；P?rtner等人，2017）。鉴于多压力环境的日益普遍，评估温度和金属暴露对O. edulis幼体的交互效应对于制定保护策略和确保恢复工作的长期成功至关重要（Pogoda等人，2020）。
本研究旨在调查溶解态微量元素（锌Zn和铜Cu）和温度（5°C、15°C和22°C）对幼年O. edulis免疫防御的联合影响。Zn和Cu都是多种酶和转录因子的必需金属，但过量存在时由于氧化应激、代谢失调和细胞死亡而具有毒性（Marisa和Alan，2003；Valko等人，2005；Rainbow，2007）。此外，虽然溶解态Cu和Zn对病原体具有毒性作用（Foster等人，2011b；Shi等人，2019），但它们的杀菌特性可能被其对血细胞存活和功能的负面影响所抵消，最终导致免疫抑制效应（Foster等人，2011b；Ivanina等人，2016；Wu等人，2020；Wu等人，2024）。我们假设环境现实水平的Zn和Cu污染会导致氧化损伤，并对O. edulis幼体的血细胞活力、功能和免疫相关酶的活性产生负面影响。此外，我们假设超过典型环境范围（22°C）的温度会加剧金属的免疫毒性。为了验证这些假设，我们将幼年O. edulis暴露于不同浓度的Zn和Cu三周，并评估了包括细胞和体液成分在内的免疫反应。
材料与方法
牡蛎的维护和实验暴露。欧洲扁平牡蛎（O. edulis）来自英格兰西北部莫尔卡姆湾（Morecambe Bay）的Seasalter（Walney）有限公司牡蛎孵化场（坐标：54°3’0.16’’ N, 3°11’10.57’’ W）。本研究中使用的800只幼年牡蛎均来自同一批孵化场，大小和年龄相似。在运送到罗斯托克大学之前，这些牡蛎被放置在商业牡蛎篮（SEAPA，澳大利亚）中，置于一个4500升的容器内，该容器连接着...
水和牡蛎组织中的金属浓度
暴露水中测得的Zn浓度分别为23.3 ± 2.2、43.4 ± 4.1和302.7 ± 14.8 μg L-1（平均值±标准误差，N = 30），对应于对照组、ZnL和ZnH处理组。由于量化过程中出现的质量干扰和同位素信号不一致的问题，未报告水中的Cu浓度。
对照组牡蛎组织中的Cu和Zn基线浓度分别为73.0 ± 9.5 μg g-1和1240.5 ± 113.7 μg g-1（N = 24）。
讨论
我们的研究揭示了温度和微量金属暴露对幼年O. edulis细胞和体液免疫反应的复杂相互作用。在Zn和Cu实验中，phO活性和血细胞NO水平显示出温度和金属暴露的协同效应，表明Zn和Cu对这些免疫参数的影响取决于适应温度。值得注意的是，对于大多数研究的免疫特征，环境温度是主导因素
未引用的参考文献
Beiras和His，1994；Beyer等人，2017；Cabral等人，2019；Hallman和Brooks，2015b；McFarland等人，2022；Noetzel等人，2025；Noyes等人，2009；O'Connor和Lauenstein，2006；Sokolova等人，2004。CRediT作者贡献声明
哈利娜·法尔富申斯卡（Halina Falfushynska）：概念化、方法论、研究、资金获取、数据分析、写作——审阅与编辑；多米尼克·C·诺策尔（Dominique C. Noetzel）：写作——审阅与编辑、研究、概念化；伯恩德·苏雷斯（Bernd Sures）：方法论、资源、写作——审阅与编辑；米伦·纳切夫（Milen Nachev）：方法论、研究、验证、写作——审阅与编辑；贝尔纳黛特·波戈达（Bernadette Pogoda：写作——审阅与编辑、资源管理、项目协调、资金获取
资金信息
本研究由德国联邦教育和研究部（BMBF）资助（项目编号03F0836A和03F0910D），属于CREATE（减少人为压力和对海洋生态系统及生物多样性影响的概念）计划的一部分，该计划是德国海洋研究联盟（DAM）下的SustainMare任务的一部分，与IMS和BP合作。此外，还得到了亚历山大·冯·洪堡基金会（Alexander von Humboldt Foundation）的Philipp Schwartz倡议的支持（德国对HF的资助）。本出版物中表达的观点...
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：伊娜·索科洛娃（Inna Sokolova）最近参与了为国际矿业和金属理事会（ICMM）制定的《金属环境风险评估指南》（MERAG）的报告编写工作，该报告由国际锌协会（IZA）资助。然而，没有...
