氯氰菊酯扰乱一龄东方剑水蚤的离子稳态并诱导内质网应激：一项整合生理与转录组学的分析研究

《Chemico-Biological Interactions》：Lambda-cyhalothrin disrupts ion homeostasis and triggers endoplasmic reticulum stress in first-instar Tachypleus tridentatus: An integrated physiological-transcriptomic analysis

　　

摘要

Ⅱ型菊酯类杀虫剂高效氯氰菊酯（LCT）在沿海环境中存在残留污染，对底栖动物如三棘鲎（Tachypleus tridentatus）构成潜在风险。本研究综合急性毒性生物测定、组织病理学检查、Na⁺/K⁺-ATP酶与Ca²⁺-ATP酶活性测定以及转录组分析，评估LCT对一龄幼体的毒理效应及分子机制。48小时LC₅₀为41.99 μg/L。暴露幼体表现出特征性神经毒性，包括运动抑制及肢体与鳃的持续收缩。酶活性测定显示Na⁺/K⁺-ATP酶受到快速且持续的抑制，而Ca²⁺-ATP酶呈双相反应（先升高后抑制），与Na⁺-Ca²⁺交换偶联稳态的破坏一致。RNA-seq鉴定出975个差异表达基因，富集于内质网（ER）应激/未折叠蛋白反应（UPR）、氧化还原调控、免疫及信号通路（如Wnt、FoxO）。基因表达模式（BiP、HSP40、HSP90下调；HSP70各亚型、Jun样因子及磷脂酶A2各亚型上调）与ER功能障碍及继发性氧化应激和免疫应激一致。综合而言，这些发现阐明了一条毒理学级联通路：LCT诱导VGSC扰动引发离子调节衰竭，进而激活ER应激/UPR，最终导致神经肌肉崩溃。除建立毒性基准外，所识别的ATP酶抑制模式与ER应激特征为菊酯类暴露在底栖环境中的生态风险评估提供了特异性的机制生物标志物。

引言

全球各地越来越多地报道了水体中残留高效氯氰菊酯（LCT）的污染问题[1]。尽管LCT在水柱中可以相对快速地降解，但其与有机质结合力强，可在沉积物中持久存留，形成长期暴露蓄积库[2]。监测调查显示，中国及全球多地均检测出LCT残留物，中国地表水浓度范围为不可检出至29.7 μg/L，在特定局部条件下最高可达13,000 μg/L。这对底栖生物如三棘鲎（Tachypleus tridentatus）构成持续风险，特别是在中国广西北部湾等区域，贝类养殖常使用菊酯类药物控制多毛类害虫如Chloeia parva Baird（沙蚕）[3]，这可能增加海洋节肢动物的非靶标暴露[4]。

T. tridentatus是鲎科（Limulidae）的一种古老海洋蛛形纲动物[5],[6]，在沿海食物网中发挥关键的生态功能[7]，并且因其变形细胞裂解物而具有较高的生物医学与经济价值[8]。包括北部湾在内的种群已严重衰退[9]，突显了底栖且与受污染沉积物密切接触的早期龄幼体的脆弱性。

高效氯氰菊酯是一种强效的Ⅱ型菊酯类杀虫剂，其主要毒性源于延长电压门控钠通道（VGSCs）的激活时间，从而干扰正常的神经元功能[10],[11],[12]。这种通道干扰导致神经兴奋，并继发干扰离子稳态，表现为Na⁺/K⁺-ATP酶和Ca²⁺-ATP酶活性改变以及胞内Ca²⁺动态紊乱。然而，在海洋节肢动物中，初始离子通道破坏及离子失调与细胞器水平应激——特别是内质网（ER）应激——之间的下游级联关系仍知之甚少。

跨物种而言，节肢动物对LCT的敏感性高于传统杀虫剂类别（有机氯、氨基甲酸酯类、有机磷类）[13],[14],[15],[16]，暴露可致死亡及显著的亚致死效应，如运动能力和平衡感受损、呼吸窘迫以及繁殖力下降[17]。在脊椎动物中，鱼类的敏感性通常高于哺乳动物，这反映了钠通道亚型和解毒能力的差异[18],[19],[20]，而哺乳动物的肝脏代谢（如葡萄糖醛酸化）则有利于物质排泄[21]。菊酯类对非节肢动物无脊椎动物（如软体动物）同样具有显著毒性[22]。这些离子转运和钙信号扰乱的发现为本研究聚焦于T. tridentatus中离子稳态破坏和ER应激提供了机制依据。

尽管已知水生节肢动物对菊酯类具有敏感性，但LCT在海洋蛛形纲中的毒理学阈值和分子机制仍缺乏深入了解。本研究综合急性毒性测定、组织病理学检查、Na⁺/K⁺-ATP酶与Ca²⁺-ATP酶活性测定以及转录组分析，评估一龄T. tridentatus幼体对LCT的应答。研究结果将为沿海底栖生态系统的菊酯类风险评估提供毒理学基准和机制见解。

各章节摘要

实验动物

本研究使用的三棘鲎（Tachypleus tridentatus）一龄幼体由广西蓝桂水产有限公司（中国广西壮族自治区）提供，并经北部湾大学审批通过。根据文献[23]所述方法，将300只人工养殖幼体（湿重：17.85 ± 1.55 mg；头胸甲长：6.60 ± 0.35 mm；头胸甲宽：5.55 ± 0.50 mm）随机分配至六个玻璃缸（30 cm × 20 cm × 15 cm）中，缸内充入人工海水（盐度27 ± 0.5 PSU；

LCT对T. tridentatus的LC₅₀值

生态毒理学观察表明，三棘鲎（T. tridentatus）一龄幼体在LCT暴露下表现出独特的行为适应性。在沙质基质中，幼体可进行浅层掘穴（< 5 cm），形成物理屏障，在低浓度条件下部分缓解毒性效应。然而，当浓度超过LC₅₀阈值时，急性暴露会在48小时内导致神经肌肉传导缺陷和运动协调能力丧失，最终致死。累积死亡率

讨论

高效氯氰菊酯（LCT）主要通过延长电压门控钠通道（VGSCs）的激活时间发挥杀虫作用[33]。虽然这一初始分子相互作用已得到充分证实，但对于该特定受体水平事件如何触发一系列连贯的亚细胞功能障碍并最终导致非靶标水生物种死亡，仍存在关键认知空白。本研究在T. tridentatus一龄幼体中证明，LCT暴露正是启动了这样一条

结论

本研究采用整合方法（涵盖急性致死性、ATP酶活性和转录组学）表征了濒危海洋物种三棘鲎（T. tridentatus）对菊酯类杀虫剂高效氯氰菊酯（LCT）的毒理学应答。综合证据支持了一条连贯的机制性进程：VGSC扰动后依次出现Na⁺/K⁺-ATP酶抑制、继发性Ca²⁺失调以及ER应激/UPR的激活，同时伴有氧化和免疫通路的活化——这些特征

CRediT作者贡献声明

高范希（Fanxi Gao）：撰写——原稿、数据管理。朱鹏（Peng Zhu）：资源。刘金霞（Jinxia Liu）：撰写——原稿、数据管理。廖勇艳（Yongyan Liao）：撰写——审稿与编辑、概念化。李冠江（Guanjiang Li）：经费获取。刘子卓（Zizhuo Liu）：项目管理。严蕾（Lei Yan）：方法论。陈博宇（Boyu Chen）：软件。张震文（Zhenwen Zhang）：资源。李世苗（Shimiao Li）：监督。徐元帅（Yuanshuai Xu）：项目管理。张燕（Yan Zhang）：可视化。贾九满（Jiuman Jia）：方法论

伦理声明

本研究严格按照ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究已获得北部湾大学伦理委员会批准。

利益冲突声明

? 作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

高范希 | 刘金霞 | 李冠江 | 刘子卓 | 严蕾 | 陈博宇 | 张震文 | 李世苗 | 徐元帅 | 张燕 | 贾九满 | 朱鹏 | 廖勇艳

北部湾大学海洋科学学院，中国钦州535011