兽药农药Dinotefuran与Pyriproxyfen在海洋环境中的生态毒理学评价：对Mytilus galloprovincialis氧化应激、抗氧化防御崩溃及神经毒性的联合效应

《Regional Studies in Marine Science》：Ecotoxicological evaluation of veterinary pesticides in marine environments: Oxidative stress and neurotoxicity of Dinotefuran and Pyriproxyfen in Mytilus galloprovincialis

　　

• 与农药混合物暴露可改变 *Mytilus galloprovincialis* 的稳态(homeostasis)。
• 该农药混合物触发初级抗氧化防御屏障的整体崩溃。
• 氧化应激(oxidative stress)导致鳃和消化腺的细胞退化。
• 神经毒性(neurotoxicity)表现为混合物组中乙酰胆碱酯酶(acetylcholinesterase, AChE)的显著抑制。
• 多变量分析(multivariate analysis)显示该混合物具有独特的毒理学特征。

新兴污染物(emerging contaminants, ECs)进入海洋生态系统已成为全球生物多样性保护的重要挑战。Dinotefuran是第三代新烟碱类杀虫剂，具有独特结构，水溶性高达39.8 g/L，易在水文循环中迁移，常在表层水中以数十至数百 ng/L 被检出，源头附近偶尔超过0.8 μg/L。Pyriproxyfen是保幼激素类似物，干扰昆虫变态所需激素平衡，Log K_ow约为5.37，亲脂性强，易吸附悬浮有机物和海洋沉积物，成为长期毒性储库，在河流系统中检出水平可达100 ng/L，低 μg/L 浓度即可威胁敏感水生无脊椎动物。二者可通过农业径流和人为排放进入沿海环境，化学稳定性使其对驻留物种造成慢性暴露。*Mytilus galloprovincialis* 因固着、滤食习性，是评价沿海生态健康的首选指示生物。Dinotefuran预计更易从水柱生物可利用，而Pyriproxyfen的亲脂性有利于其在消化腺等富有机质组织中蓄积。此类外源物暴露可诱导活性氧(reactive oxygen species, ROS)过量产生，触发氧化应激，压倒超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase, GPx)等初级抗氧化防御，同时激活II相解毒酶谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase, GST)和羧酸酯酶(carboxylesterase, CbE)。当前问题在于，仅基于单一化合物的风险评估可能低估农药共现所产生的联合影响。因此，研究人员旨在表征Dinotefuran和Pyriproxyfen单独及联合暴露对 *M. galloprovincialis* 的毒理效应，采用涵盖抗氧化防御、解毒能力、细胞损伤和神经毒性的多生物标志物方法。其假设为：单独暴露引起补偿性SOD和GPx诱导；联合暴露超过稳态能力，导致抗氧化防御崩溃和脂质过氧化(lipid peroxidation, LPO)、蛋白质羰基(protein carbonyls, PC)氧化损伤增加；混合物比单剂产生更强AChE抑制。研究结论表明，混合物暴露改变稳态，触发初级抗氧化防御整体崩溃，氧化应激导致鳃和消化腺细胞退化，神经毒性表现为显著AChE抑制，多变量分析显示混合物具有独特毒理学特征。该研究意义在于强调基于单一化合物的风险评估可能低估农药共现对海洋生物的实际影响，并支持 *M. galloprovincialis* 作为监测沿海ECs累积效应的敏感模型。

关键技术方法方面，研究人员从意大利Messina附近Faro Lake的FARAU SRL – Frutti di Mare水产养殖设施获取200只成年 *M. galloprovincialis*（壳长5.9 ± 0.6 cm；体重15.3 ± 3.8 g），在25-L玻璃缸中适应14天。随机分为对照、Dinotefuran 0.1 μg/L、Pyriproxyfen 0.05 μg/L和混合物组，每组5个重复缸，每缸10只，暴露14天，每2天换水并重新给药。Pyriproxyfen以二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide, DMSO) 0.01% (v/v)为载体，Dinotefuran直接溶于过滤海水；未分析暴露浓度，使用名义浓度(nominal concentrations)。测定鳃和消化腺中SOD、GPx、GST、CbE、LPO、PC和AChE；每缸10只合并为一个生化样本，每组5个生物重复。统计采用Shapiro-Wilk、Levene、单因素方差分析(one-way ANOVA)或Kruskal-Wallis、Bonferroni或Dunn事后检验，并采用主成分分析(principal component analysis, PCA)、Pearson相关、层次聚类分析(hierarchical clustering analysis, HCA)和热图。

研究结果如下。

3.1 抗氧化酶活性（SOD、GPx）：通过14天暴露后比较四组酶活性，Dinotefuran显著增加鳃和消化腺SOD（p < 0.05），Pyriproxyfen仅在鳃产生轻微但显著增加，消化腺无变化；混合物组在两种组织显著抑制SOD（鳃 p < 0.001；消化腺 p < 0.01）。GPx方面，Dinotefuran显著诱导两种组织GPx（鳃 p < 0.01；消化腺 p < 0.05），Pyriproxyfen仅使消化腺GPx显著降低（vs. Dinotefuran p < 0.01），混合物组在两种组织均表现最明显GPx耗竭（vs. 所有其他组 p < 0.0001）。结论是，单独暴露尤其Dinotefuran可诱导补偿性抗氧化应答，而联合暴露明显损害抗氧化酶反应，可能增加贻贝对氧化应激的易感性。

3.2 解毒酶活性（GST、CbE）：通过测定GST和CbE，GST受Dinotefuran显著诱导（鳃 p < 0.05；消化腺 p < 0.0001），Pyriproxyfen单独未显著改变GST，混合物组在两种组织GST最高（vs. 对照和单剂 p < 0.0001）。CbE在联合暴露下呈相反趋势：鳃中Dinotefuran显著增加CbE（p < 0.05），混合物显著抑制CbE（vs. Dinotefuran和对照 p < 0.0001）；消化腺中Dinotefuran引起轻微诱导，而混合物显著降低CbE（vs. Dinotefuran p < 0.01；vs. Pyriproxyfen p < 0.0001），Pyriproxyfen单独未显著影响两种组织CbE。结论是，GST上调以应对联合暴露，但CbE活性受损，可能削弱贻贝对这些外源物的代谢防御。

3.3 氧化损伤标志物（LPO、PC）：通过丙二醛(malondialdehyde, MDA)和PC检测，LPO在Dinotefuran单独暴露时显著升高（鳃 p < 0.001；消化腺 p < 0.05），Pyriproxyfen单独无显著影响，混合物组两种组织LPO最高（vs. 对照和单剂 p < 0.0001）。PC趋势相似：Dinotefuran显著增加两种组织PC（p < 0.05），Pyriproxyfen单独无显著影响，混合物组PC最高（vs. 对照和单剂 p < 0.0001）。结论是，单剂暴露引起中等氧化损伤，联合暴露导致两器官细胞完整性显著丧失。

3.4 神经毒性：乙酰胆碱酯酶（AChE）活性：通过测定AChE活性，Dinotefuran单独显著抑制鳃（p < 0.05）和消化腺（p < 0.01），Pyriproxyfen单独在两种组织无显著影响，但在鳃中与Dinotefuran差异显著（p < 0.05）；混合物组在两种组织AChE抑制最严重（vs. 所有其他组 p < 0.0001）。结论是，Dinotefuran具有明确神经毒性，Pyriproxyfen共存显著加剧该效应，导致胆碱能神经传递明显受损。

3.5 生物标志物响应的多变量整合：通过PCA、Pearson相关、HCA和热图整合全部生物标志物数据，鳃和消化腺的前两个主成分解释总方差超过70%。混合物组与对照分离最明显，主要由LPO、PC和GST向量驱动；在鳃中，混合物样本沿PC1负向聚类，与蛋白质羰基化和脂质过氧化高相关。Pearson相关显示，鳃中GST、LPO和PC强正相关（r > 0.65），并与AChE负相关（r ≈ ?0.70）；消化腺中GST与LPO（r = 0.58）和PC（r = 0.62）相关。HCA和热图将混合物形成独立簇，特征为SOD、GPx同时抑制和II相GST诱导；单独农药呈组织依赖响应，联合暴露导致广泛生理崩溃、高氧化损伤和神经传递受损。结论是，多变量分析确认混合物具有独特毒理学特征。

讨论部分总结如下。4.1 抗氧化防御调节：Dinotefuran单独诱导SOD和GPx，符合早期ROS增加后的适应性反应；联合暴露导致SOD和GPx显著下降，提示联合化学压力超过贻贝稳态能力，支持抗氧化酶诱导是阈值有限反应，可被混合物毒性压倒。4.2 解毒响应和大分子损伤：混合物中MDA和PC升高表明从代谢应激进展为结构细胞降解，反映膜完整性和蛋白功能丧失。GST强诱导显示活跃II相解毒，但CbE显著降低；这可能反映代谢资源转向GST介导结合，或酯酶对化合物敏感。滤食习性可能因内部污染物蓄积较高而使GST反应更明显。4.3 神经毒性：混合物AChE抑制是显著神经毒理发现。Dinotefuran主要靶向昆虫烟碱型乙酰胆碱受体，但在 *M. galloprovincialis* 胆碱能系统中产生可测影响，并因Pyriproxyfen共暴露而加剧。AChE对鳃纤毛运动以及呼吸和摄食必要，其抑制可能损害基础生理过程。4.4 多变量整合与生态意义：PCA、Pearson和HCA确认混合物组生理状态根本不同于对照和单剂，分离主要由LPO、PC和GST驱动。仅基于单一化合物的风险评估可能低估农药共现对海洋生物的实际影响。新烟碱类与保幼激素类似物相互作用在 *M. galloprovincialis* 中产生独特代谢特征，强化其作为监测沿海ECs累积效应敏感模型的价值。5 局限与未来：研究使用名义浓度；Pyriproxyfen以DMSO为载体但未设溶剂对照；生化分析采用合并组织，每重复10只，可能掩盖个体水平响应；未分析组织实际生物累积，无法建立环境暴露与鳃或消化腺负荷之间的精确定量毒代动力学联系。未来需整合暴露介质和组织提取物化学分析、个体水平生物标志物、适当溶剂对照，并扩展慢性生命周期暴露和组学方法（转录组学、代谢组学），评估与海洋酸化、热浪等气候变化应激的交互，以预测海洋生态系统长期恢复力。

研究结论翻译：综上，这些发现表明，新烟碱类杀虫剂与保幼激素类似物之间的相互作用在 *M. galloprovincialis* 中产生独特的代谢特征，强化其作为监测沿海生态系统中新兴污染物累积效应的敏感模型的价值。