引言
胡莫沙利 (3,3,5-三甲基环己基水杨酸酯,HMS) 是一种有机紫外线过滤剂,其特征是酚与烷基取代环己烷环之间的酯键连接,属于水杨酸酯类化合物。HMS 经美国食品药品监督管理局 (FDA) 批准用于防晒霜,最高浓度为 15% (FDA, 2021; Krause et al., 2012)。它已在全球范围内的淡水、海水、沉积物和水生物中被检测到,在河流和湖泊中的检测浓度范围为 3.1 ng L-1 至 2812 ng L-1 (Celeiro et al., 2020; He et al., 2019; Tsui et al., 2019, 2014; Yang et al., 2020)。HMS 是夏威夷沿海水域和沉积物中检测到的主要紫外线过滤剂 (Mitchelmore et al., 2019)。在南中国海,HMS 的中位浓度为 16.18 ng L-1,检测频率为 75% (Tsui et al., 2019)。HMS 通过食物链在水生物中生物富集,在沉积物中的浓度高达 74.2 ng g-1 干重,在美洲牡蛎 (Crassostrea virginica) 组织中的浓度高达 158.3 ng g-1 干重 (He et al., 2019)。在 14 天的消除期内,还发现在克氏原螯虾 (Procambarus clarkii) 中 HMS 具有持久性 (He et al., 2021)。HMS 也在人类胎盘组织和血液中被检测到 (Sarveiya et al., 2004; Schlumpf et al., 2010)。关于 HMS 对非靶标生物的生态毒理学评估有限。暴露于 HMS 已显示会干扰鱼类模型中的内分泌功能,显著降低睾酮水平,同时增加雄性斑马鱼中 17β-雌二醇水平和 卵黄蛋白原 (VTG) 转录 (Lee et al., 2023)。HMS 还干扰了类固醇生成途径,改变了鱼类的肝脏能量储存,并诱导了肝脂肪变性 (Lee et al., 2023)。体外分析进一步表明,HMS 增强了乳腺癌细胞的转移潜力 (Alamer and Darbre, 2018),并在人滋养细胞中引发了氧化应激和线粒体功能障碍 (Yang et al., 2018)。
全球范围内,紫外线过滤剂在地表水和沉积物中的记录日益增多,特别是在沿海旅游区和工业化、城市化程度较高的地区 (Tsui et al., 2019)。大多数有机紫外线过滤剂表现出脂溶性特性,导致在水生物中生物富集,这引发了对其生态毒理学影响的担忧。越来越多的紫外线过滤剂已被鉴定为内分泌干扰化学物质 (Xian et al., 2023; Yan et al., 2020; Zhou et al., 2019)。然而,紫外线辐射下紫外线过滤剂的毒性效应仍然是一个关键且令人感兴趣的环境问题,有待进一步研究。研究表明,紫外线暴露会改变紫外线过滤剂的毒性:在紫外线暴露下,阿伏苯宗已被证明会显著影响大型蚤 (Daphnia magna) 的生长率、能量储存和食物摄入 (Kim et al., 2023)。氧苯酮在紫外线下也会增加珊瑚死亡率 (Vuckovic et al., 2022),并且紫外线辐射被发现增强了二氧化钛 (TiO2) 的毒性 (Amiano et al., 2012; Clemente et al., 2014; Ma et al., 2012)。HMS 暴露与紫外线辐射联合作用是否对水生生物产生不同的毒性效应尚不清楚。
当前研究主要关注紫外线过滤剂在生殖发育中的雌激素效应,却忽视了其分子结构中烷基取代环己烷环所赋予的脂溶性——这是一种关键的物理化学性质,可能通过生物膜渗透和脂质微环境扰动驱动广泛的代谢紊乱 (Yazar and Kara Ertekin, 2020)。不断积累的证据表明,暴露于内分泌干扰化学物质与能量失衡有关 (Chang et al., 2016)。值得注意的是,紫外线过滤剂等内分泌干扰物对鱼类能量代谢的破坏已得到证实 (Koch and Diamanti-Kandarakis, 2015; Mi et al., 2021; Zhang et al., 2023; Ziarrusta et al., 2018)。能量稳态是连接氧化应激和内分泌调节的纽带:线粒体功能障碍 (例如,三羧酸循环阻滞,ATP 耗竭) 可触发 ROS 爆发,从而破坏胆固醇代谢;同时,脂质代谢紊乱 (例如,脂肪酸 β-氧化抑制) 会干扰类固醇激素合成。UVB 辐射独立地通过色团激发产生活性氧 (ROS) (Zhang et al., 2021),引发多不饱和脂质的过氧化反应,损害膜胆固醇 (Ayala et al., 2014)。UVB 诱导的脂滴调节蛋白上调进一步驱动脂滴异常积累 (Jin et al., 2018)。反过来,这种脂质超载可能会抑制 β-氧化,迫使糖酵解依赖,从而创造一个“能量耗竭 - 氧化应激 - 脂质积累”的自我放大循环。UVB 辐射与紫外线过滤剂 (如 HMS) 之间的相互作用如何具体干扰能量代谢网络仍不清楚。胚胎因其组织透明性和高代谢敏感性,为 deciphering UVB-紫外线过滤剂协同效应提供了独特窗口,但相关研究仍然匮乏。
鉴于了解 UVB 和 HMS 联合毒性效应的研究空白,本研究选用海洋弹涂鱼 Mugilogobius chulae 作为模式生物,以研究海洋环境中混合污染下非靶标生物能量代谢网络的变化,突出代谢扰动及观察到的毒性效应背后的潜在途径。M. chulae 栖息在紫外线过滤剂污染严重的浅海沿岸区,具有光学透明的胚胎、短的生殖周期和完整的基因组信息,已被广泛用于海洋环境监测 (Li et al., 2018)。先前的研究证实了其对污染物暴露时脂质代谢途径的极高敏感性 (Wang et al., 2021),使该物种成为解开 UVB-紫外线过滤剂联合毒性的理想模型。在本研究中,我们整合了多层次能量代谢终点与非靶向代谢组学,以阐明 HMS 在 M. chulae 早期生长发育中的毒性及其潜在机制。通过解决代谢调节节点的反应及其与表型的关联,本研究将评估紫外线过滤剂与 UVB 联合作用的暴露风险,并为控制沿海紫外线过滤剂污染和适应气候变化的管理提供理论基础。