亚慢性氯胺酮诱导成年斑马鱼认知障碍的多靶点不良结果路径网络

《Journal of Hazardous Materials》：A multi?target adverse outcome pathway network for sub-chronic ketamine?induced cognitive impairment in adult zebrafish

　　

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  亚慢性氯胺酮暴露（0.4 μg/L）损害斑马鱼的学习与记忆能力。
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  HMOX1、CAMKK2和TREM2被鉴定为核心分子启动事件。
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  多靶点AOP网络将氯胺酮结合与认知障碍联系起来。
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  跨物种网络毒理学为神经毒性筛查提供了框架。

引言

氯胺酮（KET）是一种在临床实践中广泛使用的麻醉和镇痛药物，近年来因其对难治性抑郁症具有快速抗抑郁作用而备受关注[1], [2], [3]。除临床应用外，KET也成为了一种娱乐性滥用物质[4], [5], [6], [7], [8]，导致通过废水排放（尤其是城市地区和大型社会活动）的排放量不断增加[9]。因此，KET及其主要代谢产物越来越多地被认定为水生生态系统中的新兴关注污染物[10]，其对水生生物的不良影响已被记录[11]。

KET在环境基质中被广泛检测到，表现出显著的空间和时间变化。在市政废水中，浓度一般在ng/L至μg/L之间，中国北京平均进水浓度约为19.5 ng/L[12]，中国海口高达1,100 ng/L[13]，中国台湾医院废水最高达10 μg/L[14]。KET的地表水浓度从低ng/L到亚μg/L水平不等。在北京，KET的检测浓度为17.2 ng/L[15]，另一项调查报告显示浓度从低于方法定量限（MQL）到17.8 ng/L[12]。在深圳河，浓度范围为0.05至0.5 μg/L，在局部排放热点附近观察到较高浓度[16]。此外，KET被发现在水生植物叶片中积累，浓度高达242 μg/kg干重，表明存在潜在的生物蓄积[17]。总体而言，KET持续进入水环境，在废水和受纳水体中广泛污染。

KET的神经毒性主要在大鼠模型中进行研究[18]。在机制上，KET是N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体的非竞争性拮抗剂，NMDA受体是突触可塑性和认知功能的关键调节因子[19], [20]。动物模型研究表明，高剂量KET暴露会诱导神经元凋亡、神经炎症和氧化应激，以及持久的行为缺陷[18], [21], [22]。有趣的是，低剂量KET在成年大脑中激活BDNF-TrkB通路，产生取决于剂量和暴露时间的双向效应[11], [23]。在水生生物中，大多数毒理学研究采用急性、高剂量（通常在mg/L范围）的KET方案，使用胚胎或幼虫斑马鱼，报告了运动活动、焦虑样行为和神经递质水平的改变[24], [25], [26]。然而，这些暴露方案并不能反映环境相关浓度（ng/L至低μg/L），KET对成年鱼类认知的亚慢性影响尚未得到探索。因此，将长期低剂量KET暴露与成年鱼类认知障碍联系起来的分子通路尚未得到系统表征。

斑马鱼（Danio rerio）因其遗传保守性、已测序的基因组以及具有保守神经递质系统的复杂中枢神经系统，被广泛用于神经行为毒理学研究[27], [28], [29], [30]。本研究采用网络毒理学引导的方法，整合转录组学、神经递质分析、行为实验和分子模拟，研究环境相关KET暴露对成年斑马鱼亚慢性神经认知的影响。我们假设亚慢性KET暴露可能通过特定基因和代谢网络失调损害认知功能，并旨在构建一个不良结果路径（AOP）网络，以阐明潜在的分子启动事件和关键通路。

章节摘要

化学物质、斑马鱼培养与KET暴露

KET（纯度 > 99%）购自上海源氏标准科技有限公司。储备液用二甲基亚砜（DMSO）配制，储存在4 ℃。成年野生型斑马鱼（AB品系，5月龄）在28 ℃的循环水系统中维持，光/暗周期为14 h/10 h。雌雄比例约为1:1。每天喂食两次刚孵化的卤虫。所有动物实验均经动物实验伦理委员会批准。

KET暴露对斑马鱼行为与认知功能的影响

使用新颖水槽试验和T型水槽评估空间学习、短期记忆、焦虑样模式和运动活动。如图1（A–H）所示，0.4或4 μg/L KET暴露对测量参数产生方向性但无统计学显著的变化，而40 μg/L KET导致显著改变，包括进入上层区域的时间延迟延长，与对照组相比，在上层区域停留的时间、进入次数和移动距离减少。

在……之后

讨论

图7所示的不良结果路径网络总结了亚慢性氯胺酮诱导的认知障碍的关键事件。在该网络中，KET被计算预测与HMOX1、CAMKK2和TREM2结合，这些相互作用被提出作为候选分子启动事件，由分子对接和动力学模拟支持。这些预测事件可能激活一系列下游细胞反应，包括氧化应激、代谢可塑性等。

结论

本研究证明，亚慢性暴露于环境相关浓度的KET损害了成年斑马鱼的空间学习、记忆和社会行为。我们建立了一个多靶点AOP网络，其中KET被预测与HMOX1、CAMKK2和TREM2结合作为分子启动事件，汇聚于氧化应激、神经炎症和突触功能障碍。该框架扩展了将KET视为NMDA受体拮抗剂的经典观点，提供了一种机制性的……

CRediT作者贡献声明

王炳杰：撰写——初稿、调查、数据整理。赵依辉：可视化、方法学、数据整理。张浩莹：软件、方法学、形式化分析。王吉业：监督、资源、概念化。宋倩：方法学、调查、数据整理。郑若南：软件、调查、形式化分析。高同瑶：软件、调查、数据整理。魏芳：撰写——审阅与编辑、监督、资源、概念化。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些可能影响本论文报道的工作。

致谢

本工作得到中央引导地方科技发展（资助编号：2025ZY01109）和中国浙江省自然科学基金（LMS25H230001和LQ24B070002）的资助。

意义声明

氯胺酮是一种广泛使用的麻醉药和娱乐性药物，是水环境中的新兴污染物。本研究首次提供了慢性、环境相关氯胺酮暴露通过多靶点AOP网络损害成年斑马鱼认知功能的证据。

王炳杰|张浩莹|赵依辉|高同瑶|郑若南|宋倩|王吉业|魏芳