三种可食用双壳类物种对天然放射性水平增强的代谢与氧化应激生物标志物响应

《Journal of Environmental Radioactivity》：Metabolic and oxidative stress biomarker responses to enhanced levels of natural radioactivity in three edible bivalve species

　　

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  暴露于天然放射性环境的双壳贝类表现出代谢和应激反应。
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  一项将受损生理功能与放射性暴露联系起来的研究。
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  分类学影响放射性暴露的生物富集和反应。

引言

人为来源的天然放射性物质（NORM），也称为技术增强型天然放射性物质（TENORM），是海洋环境中的一个主要放射性来源。天然水平因当地地质结构而异，构成了被认为是天然背景放射性的组成部分（Young等人，2002）。这些水平也可通过多种工业活动被改变和增强。在英国，金属矿石开采、铁、钢和二氧化钛生产以及石油和天然气开采等主要工业活动被列为NORM行业（Dal Molin等人，2025）。水泥及其原材料——如石灰石、石膏和粉煤灰——也含有天然放射性核素，并在加工过程中可能增强其活性（例如Nemlioglu等人，2022）。肥料和水泥通常使用其他NORM行业的副产品，如含有⁴⁰K、²²⁶Ra和²³²Th的煤粉煤灰，以及含有增强水平²¹⁰Pb和²¹⁰Po生成的钢铁行业高炉渣（Labrincha等人，2017；Loan等人，2022）。尽管这些物质源自天然，但工业来源的NORM需要监测，因为它们对人和非人类生物的剂量有贡献，在大多数情况下，其贡献的公众总剂量大于核来源的放射性（环境局等，2025）。在英国，怀特黑文附近的一项遗留磷矿石加工活动导致磷石膏被排放到海洋环境中。尽管该活动在20世纪90年代初已停止，但它仍然是公众意外接受的剂量贡献最大的来源（环境局等，2025）。

钋-210（²¹⁰Po，t_1/2 = 138.4天）和铅-210（²¹⁰Pb，t_1/2 = 22.23年）是NORM的主要组成部分，均为地壳中存在的铀-238的衰变产物。它们通过大气沉降、风化和河流输运以及沉积物中氡-222的释放进入海洋环境（Carvalho等人，2010）。由于钋-210对剂量的贡献及其放射毒性和化学毒性效应，它是监测的重点关注对象。仅有钋-210就贡献了大多数海洋生物所接受的α发射体放射性核素天然辐射剂量中高达90%的部分（例如McDonald等人，1991）。研究还表明，钋-210可被人体肠道高效吸收（Hunt和Allington，1993）。一旦被吸收，钋会与蛋白质结合并可能在细胞质中积累，从而诱导毒性效应（Thomas，1964）。由于钋没有稳定同位素，电离辐射和重金属毒性效应相叠加。铅作为重金属的生物富集和毒性效应已有充分记载，然而正常食用双壳贝类不会使人体铅含量达到危险水平（Barchiesi等人，2020）。

海产品通常比其他食物来源贡献更高比例的摄入剂量，而NORM是这一剂量的主要部分（Johansen等人，2025）。许多常见海产品物种生活于沿海地区，为放射性从海洋生物向人类传递提供了直接途径。由于海产品的食用，NORM导致超过一半的人体内照射剂量，其中²¹⁰Pb和²¹⁰Po通过摄入途径贡献了约83%的人类年有效剂量（UNSCEAR，2000）。研究发现钋-210在海洋生物中的分布不均匀，其中软体动物和甲壳类动物，特别是滤食性物种中的含量最高（Aryanti等人，2022）。在新西兰，高贝类消费量的人群接受的放射性剂量高达6.07 mSv，其中大部分归因于高²¹⁰Po（Guy等人，2022）。这远远高于国际放射防护委员会（ICRP）建议并被许多政府采纳的1 mSv参考限值。研究表明，慢性低水平钋-210暴露会在人体卵巢中积累，可能对生殖和胚胎组织产生影响（Seiler和Wiemels，2012）。这些生殖效应在动物中也很可能存在。由于双壳贝类主要以滤食或沉积物摄食方式取食，它们会大量吸收污染物，包括放射性物质，导致生物富集（Tan等人，2023；Donaher等人，2023）。钋-210和²¹⁰Pb均会在双壳贝类中生物富集，但存在于不同的器官和组织部位。钋-210在鳃和消化系统等器官结构中积累，而²¹⁰Pb则结合在贝壳等矿化表面上（Ro?mari?等人，2012）。研究发现，如²¹⁰Po等内部吸收的α发射体在鱼类和贝类所接受的吸收剂量中占主导地位（例如Brown等人，2004）。尽管已有这种生物富集现象的记录，但关于这些放射性核素对双壳贝类生理作用的毒理学研究却很少。

利用生物标志物可以对放射性核素暴露引起的细胞水平变化进行评估。它们提供了污染物质效应的早期预警系统，有助于弥合直接毒性与更广泛生态后果之间的差距（De Coen等人，2000）。细胞能量分配（CEA）是一种用于评估毒性应激对生物体能量预算影响的生物标志物技术（De Coen和Janssen，1997）。该方法可应用于原位和实验暴露，以评估污染物暴露引起的无脊椎动物的亚致死性应激（Verslycke等人，2003；Moolman等人，2007）。将可用能量储备——以脂质、蛋白质和碳水化合物的形式——与能量消耗——以电子传递系统（ETS）功能的形式——进行比较。研究表明，该技术是长期潜在效应的良好短期指标，在污染物暴露后短短48小时内，浮游甲壳动物大型溞（Daphnia magna）即可观察到能量预算的变化（De Coen和Janssen，1997）。有大量研究使用CEA评估作为双壳贝类对多种污染物质毒性反应的指标，然而关于放射性核素污染能量效应的研究有限。Xu等人（2023）得出结论，暴露于稳定铯的贻贝（Mytilus edulis）导致氧气消耗增强和消化器官损伤，表明暴露于铯-137会产生类似效应。谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性是评估暴露生物体细胞解毒过程的另一个有用的生物标志物。它们是产生以对抗电离辐射引起的活性氧（ROS）效应的酶。研究表明，桡足类动物暴露于γ辐射时GST活性升高（Won和Lee，2014）。放射性暴露的剂量通常按全身考虑，然而，由于不同的生物富集途径，效应可能是局部的。例如，当Vernon等人（2020）将水生双壳贝类暴露于磷-32时，发现DNA损伤主要存在于消化腺中。

本研究旨在调查暴露于人为来源水平的²¹⁰Po和²¹⁰Pb所导致的潜在生理效应。对关键可食用双壳贝类物种——贻贝（Mytilus edulis）、太平洋牡蛎（Magallana gigas）和鸟蛤（Crestoderma edule）——进行了实验暴露，以确定这些信号是否能在真实场景中观察到。此外还进行了生态毒理学测试，以评估潜在的生理和毒理学效应。

摘要片段

方法

三个选定物种来自英国各地的商业供应商。成年鸟蛤（Cresstoderma edule，C. edule）来自诺福克郡金斯林恩，贻贝（Mytilus edulis，M. edulis）来自德文郡德文波特，太平洋牡蛎（Magallana gigas，M. gigas）来自萨福克郡巴特利溪。运输过程中使用隔夜快递，并将生物体包装在冷却箱中的海水中。所有个体均符合最低保护参考尺寸

结果

三个物种在14天暴露期间均从水中富集了两种放射性核素，其中太平洋牡蛎和鸟蛤富集的²¹⁰Pb多于²¹⁰Po。

暴露期结束时，鸟蛤（C. edule）的两种放射性核素的平均活度浓度（AC）最高（²¹⁰Po：5363.1 ± 1839 Bq kg^?1湿重（ww），²¹⁰Pb：1381 ± 228.3 Bq kg^?1 ww），其次是贻贝（M. edulis）（²¹⁰Po：1984.7 ± 539 Bq kg^?1 ww，²¹⁰Pb：792.2 ± 96.9 Bq kg^?1 ww），然后是太平洋牡蛎（M. gigas）（²¹⁰Po：1551.6 ± 543 Bq kg^?1 ww，

讨论

三个物种所接受的平均剂量均明显大于ERICA筛选值10 μGy h^?1。鸟蛤（C. edule）所接受的剂量也高于国际放射防护委员会提供的衍生浓度参考水平（DCRL为400 μGy h^?1，用于螃蟹，这是文献中可用的参考动植物（RAP）列表中最为接近的物种）。在这些剂量水平下，FREDERICA数据库列出了牡蛎物种中异常幼虫频率增加以及繁殖力下降的现象

结论

研究表明，暴露于²¹⁰Po和²¹⁰Pb会在三种受测可食用双壳贝类中的两种中引发可识别的应激反应，影响其生理能量预算，且暴露在所有三种物种中均产生了可观察到的解毒生物标志物反应。建立放射性核素生态毒理学效应的重要性在于能够将效应与其他污染物质进行比较。

放射性及相关的暴露风险传统上被考虑在

CRediT作者贡献声明

D. Hunt：撰写——初稿，可视化，方法论，调查，形式分析，数据管理，概念化。G.L.M. Assun??o：撰写——审阅与编辑，监督，方法论，概念化。T. Davis：撰写——审阅与编辑，方法论，形式分析。C. Martin：撰写——审阅与编辑，方法论，形式分析。L. Pearson：方法论，形式分析。N. Willey：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取。F.L.G. Dal Molin：撰写——

数据声明

本文献中的数据可根据请求向通讯作者提供。

利益冲突声明

我恳请将本文作为研究论文在《环境放射活性杂志》的ICRER 2024年法国马赛会议专题中予以考虑发表。本文最初于2025年末提交至《生态毒理学与环境安全》，随后于2026年1月转投至《海洋环境研究》，目前仍在审稿中（MERE-D-26-00062）。尽管多次尝试

致谢

本工作作为博士奖学金项目完成，由英国环境、渔业和水产养殖科学中心和西英格兰大学布里斯托校区共同资助。

D. Hunt|G.L.M. Assun??o|T. Davis|C. Martin|L. Pearson|N. Willey|F.L.G. Dal Molin