环境相关剂量的草甘膦暴露通过破坏抗病毒免疫而增加罗非鱼对罗非湖病毒的易感性

《Fish & Shellfish Immunology》：Environmentally Relevant Glyphosate Exposure Increases Susceptibility to Tilapia Lake Virus through Disruption of Antiviral Immunity in Nile Tilapia

　　- 1-10 mg/kg剂量的草甘膦口服暴露改变了固有免疫基因的表达。- 草甘膦扰乱抗病毒反应，增加了罗非鱼对TiLV的易感性。- 草甘膦增加了病毒靶器官中的TiLV病毒载量和炎症反应。- 草甘膦在TiLV靶器官中诱导了更严重的组织病理学损伤。**引言**鱼类会暴露于多种环境胁迫因子，包括温度变化、毒素、污染物以及感染性病原，如细菌、病毒、水霉、真菌和寄生虫。虽然单一胁迫因子可能不会对水生生物构成显著威胁，但多种胁迫因子的累积效应可能是有害的。具体而言，当多种胁迫因子影响同一生物系统（例如免疫系统）时，会增加感染性疾病的易感性[1]。某些环境化学物质会影响病毒感染的发生和持续，不同物质对固有免疫和适应性免疫反应的速度和有效性产生不同影响[2]。研究表明，毒素可加剧其他胁迫因子对水生生物的影响。例如，同时暴露于蓝藻和白 spot 病（*Ichthyophthirius multifiliis*）或鲤鱼春病毒血症病毒（SVCV；*Sprivirus cyprinus*）会导致普通鲤鱼免疫抑制，疾病后果更为严重[3]、[4]。此外，鲱鱼（海港海豹（*Phoca vitulina*）的主要食物来源）中有机氯污染物的存在，可能促成了北海海港海豹种群中麻疹病毒感染的严重暴发[5]。这凸显了研究多种胁迫因子如何影响鱼类健康的重要性，尤其是像罗非鱼湖病毒病（TiLVD）这样的新发疾病。TiLVD是一种新兴病毒性疾病，与全球野生和养殖罗非鱼发病率和死亡率升高密切相关[6]、[7]、[8]。罗非鱼湖病毒（TiLV）在自然病例中的死亡率可达10%至90%[6]、[9]、[10]、[11]、[12]、[13]。死亡率的差异可能是由多种病原、生态系统、天气、宿主状态、饲养管理以及生物安全措施之间的复杂相互作用造成的[14]。TiLVD的暴发主要报告在水温为22°C至32°C时[6]、[9]、[11]、[12]、[15]。在养殖环境中，放养重量降低、水温仅下降1°C、高放养密度、溶解氧水平升高以及年生产周期增加等因素，均会抑制免疫系统，从而加剧感染TiLV的罗非鱼病情[16]。然而，要理解各种环境因素（尤其是毒素）如何影响TiLV的传播及其发展为疾病的过程，仍需进一步研究。草甘膦是一种以污染物形式存在于水生环境中的毒素，它是一种广泛使用的有机磷类广谱除草剂。草甘膦基除草剂（GBH）的大量使用导致土壤和水生环境被草甘膦及其主要代谢产物氨基甲基膦酸（AMPA）污染，主要通过径流、喷雾漂移以及对水生杂草直接施用造成，对水生生态系统构成潜在风险[17]、[18]。各地区草甘膦浓度差异很大，某些地区水中该化合物浓度相对较高。加拿大安大略省森林湿地中可检测到的草甘膦浓度为0.01至1.95 mg/L（0.01–1.95 ppm）；美国印第安纳州Sugar Creek陆上溪流中为0.002至0.43 mg/L（0.002–0.43 ppm）；阿根廷布宜诺斯艾利斯的一条淡水河道中为0.1至0.7 mg/L（0.1–0.7 ppm）；阿根廷潘帕斯地区和巴塔哥尼亚地区的湖泊中最高达4.52 μg/L（4.52×10?3 ppm）；斯里兰卡湖泊中为28至45 μg/L（0.028–0.045 ppm）；意大利奥凡托河中为190 ng/L（1.9×10?? ppm）；中国农业区附近的鱼塘中为0.812 mg/L（0.812 ppm）；埃及农业区附近的罗非鱼养殖场中最高达5.431 μg/L（5.431×10?3 ppm）[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。世界各地各地方的水中沉积物中也检测到草甘膦。在马来西亚彭亨州，油棕种植园附近湖泊的水中沉积物中测得草甘膦浓度最高达6 mg/kg（6 ppm）[27]。在加拿大安大略省，湖泊沉积物中检测到的草甘膦浓度最高达0.25 mg/kg（0.25 ppm）[28]。在阿根廷，大豆种植区域的水沉积物以及潘帕斯和巴塔哥尼亚地区湖泊中的草甘膦浓度分别为0.5至5 mg/kg（0.5–5 ppm）和最高20.34 μg/kg（20.34×10?3 ppm）[20]、[26]。在斯里兰卡湖泊中，水中沉积物也检测到草甘膦，浓度范围为85至1,000 μg/kg（0.085–1 ppm）[24]。意大利奥凡托河的水沉积物中含0.95 ng/g草甘膦（0.95×10?? ppm）[25]。最后，意大利威尼斯泻湖的水沉积物中发现了草甘膦痕迹，浓度最高达0.015 mg/kg（0.015 ppm）[29]。草甘膦通过特异性抑制芳香族氨基酸的产生来靶向植物，但发现它会对非靶标动物（如鱼类）产生有害影响[30]。毒性程度可能因鱼种、发育阶段以及具体测试条件而异。Roundup?（GBH）的半数致死浓度（LC??）在不同鱼种之间差异显著：银猫鱼（*Rhamdia quelen*）为7.3 mg/L，虹鳟（*Onchorhynchus mykiss*）为54.8 mg/L，普通鲤鱼（*Cyprinus carpio*）为22.19 mg/L，成体尼罗罗非鱼（*Oreochromis niloticus*）为44.4 mg/L，幼体尼罗罗非鱼为1.05 mg/L[31]、[32]、[33]、[34]、[35]。除急性毒性外，亚急性暴露于草甘膦和GBH还显示会降低乙酰胆碱酯酶（AChE）活性，诱导氧化应激，负面影响孵化并增加幼鱼死亡率，并导致多种鱼类的代谢紊乱、遗传毒性、免疫毒性以及血液分析物改变[34]、[36]、[37]、[38]、[39]、[40]、[41]、[42]。慢性暴露于草甘膦或GBH还与胚胎早期死亡率升高、过早孵化、抗氧化能力降低、炎症加剧、免疫抑制、肾功能不全以及某些鱼类（包括罗非鱼）鳃和肝脏形态以及肝脏酶改变有关[22]、[43]、[44]、[45]、[46]、[47]、[48]、[49]。这些发现引发了对草甘膦和GBH对水生生态系统潜在负面影响的担忧。然而，关于草甘膦如何增加鱼类对环境病原的易感性以及如何影响感染性疾病的临床结果，目前仅有有限的数据。因此，本研究旨在通过考察草甘膦与TiLV暴露之间的相互作用来弥补现有知识空白，以确定草甘膦暴露是否增加尼罗罗非鱼对TiLV感染的易感性。本研究还探讨了草甘膦影响该鱼TiLV感染过程和疾病进展的具体方式。为了全面评估两种胁迫因子的影响，我们进行了详细分析，包括临床症状观察、组织病理学检查、病毒载量测量以及多种组织中的免疫基因反应评估。具体而言，选择固有免疫基因包括*tlr7、irf3、ifn、mx、il-1β*和*tgf-β*，因为它们代表TiLV早期检测和抗病毒防御的核心通路。理解这些潜在影响对于评估草甘膦暴露对水生生态系统构成的环境风险至关重要。**章节摘录****化学品与饲料制备**草甘膦（2-[(膦酰甲基)氨基]乙酸；纯度94%；CAS号：1071-83-6）购自Thermo Fisher Scientific公司（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆市）。根据先前报道的沉积物中环境浓度（0.0203 ng/kg至6 mg/kg）选择了两种草甘膦浓度[20]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]。对于低草甘膦（LG）暴露，选择1 mg/kg剂量以代表沉积物中草甘膦的环境相关浓度。一**草甘膦检测**利用LC-MS检测，在所有送检鱼的肾后组织中均检测到草甘膦，浓度为0.0055至0.0611 ng/mg。然而，AMPA仅在HG组、LG+T组和HG+T组各1条鱼的3 dpi时检出，以及在HG+T组1条鱼的6 dpi时检出（分别为0.0027、0.0043、0.0021和0.0020 ng/mg），在其他任何鱼中均未检出。草甘膦和AMPA分析的详细结果见附表S1。**临床症状**在采鱼过程中，记录每条鱼的体重**讨论**本研究旨在确定草甘膦暴露是否增加尼罗罗非鱼对TiLV感染的易感性，以及草甘膦如何影响感染过程和疾病进展。目前该领域的研究主要集中于TiLV对罗非鱼种群的直接影响，对TiLV与其他环境胁迫因子（如污染物）之间潜在相互作用的考虑甚少。由于草甘膦此前已**结论**总之，本研究对草甘膦作为一种环境污染物如何影响尼罗罗非鱼的TiLV感染提供了详细分析。主要发现表明，在环境相关的沉积物浓度下进行草甘膦口服暴露可能会加剧TiLV感染，证据包括病毒载量增加、固有免疫基因表达降低、炎症加剧以及重要免疫和靶器官中出现更严重的组织病理学损伤。本研究结果**伦理声明**本研究按照以下动物福利和/或报告准则进行：机构及联邦关于实验动物饲养和使用的准则。本研究已获得佛罗里达大学实验动物保护和使用委员会批准。（批准编号：IACUC202400000431）**作者贡献 CRediT**Dorothea V. Megarani：撰写原稿；撰写—审阅与编辑；概念化；形式化分析；调查研究；方法学；可视化。Hannah Siler：资源；调查研究；方法学；撰写—审阅与编辑。Shannon N. Gray：资源；方法学；撰写—审阅与编辑。Christopher J. Martyniuk：方法学；验证；撰写—审阅与编辑。Roy P. E. Yanong：方法学；验证；撰写—审阅与编辑。Felipe Pierezan：调查研究，方法学，**数据可用性**数据可按请求提供。**资金来源**本研究未获得公共、商业或非营利领域资助机构的任何专门资助。**利益冲突声明**作者声明不存在利益冲突。**致谢**我们感谢佛罗里达大学分析毒理学核心实验室（ATCL）进行LC-MS/MS草甘膦分析；该仪器通过NIH共享仪器计划#S10OD036420获得。Dorothea V. Megarani|Hannah J. Siler|Shannon N. Gray|Christopher J. Martyniuk|Roy P.E. Yanong|Felipe Pierezan|Kuttichantran Subramaniam