泼尼松暴露下斑马鱼（丹尼鱼）的肠道毒性和微生物群失调

《Aquatic Toxicology》：Intestinal toxicity and dysbiosis of microbiota in zebrafish ( Danio rerio) exposed to prednisone

　　

摘要

泼尼松在水生态系统中的存在对水生生物构成风险。然而，泼尼松对水生生物肠道微生物群的影响仍知之甚少。本研究将斑马鱼（Danio rerio）暴露于环境真实浓度的泼尼松（5.0、50.0 和 500.0 ng/L）中长达 60 天。采用组织病理学观察、转录组学分析和 16S rRNA 测序相结合的多维度方法，全面评估了泼尼松对斑马鱼肠道的影响。研究表明，泼尼松暴露诱导了显著的肠道组织损伤，其特征为肠肌层厚度减少和杯状细胞密度降低。这些病理改变可能导致泼尼松处理组斑马鱼生长受抑。转录组学分析显示，泼尼松暴露调节了与淀粉和蔗糖代谢相关的路径。此外，16S rRNA 测序表明，泼尼松显著改变了胃肠道微生物群的组成和功能。综上所述，本研究揭示了驱动泼尼松诱导肠道损伤的机制，阐明了泼尼松暴露对水生生物的健康效应，并为理解肠道损伤的分子基础及相应的生态毒性威胁提供了核心视角。

引言

泼尼松是一种合成糖皮质激素（GC）药物，以大剂量广泛用于系统性红斑狼疮、肾病综合征及其他自身免疫疾病，以及妊娠期严重感染等疾病的抗炎治疗（Kugathas et al., 2011）。临床和兽药的大量使用导致水、食物等多种基质中包括泼尼松在内的 GC 水平升高（Du et al., 2024; Dettwiler et al., 2023; Hafner et al., 2022; Predieri et al., 2022; Welter et al., 2020）。多项研究已在中国、西班牙、日本和法国采集的地表水、常规废水及医院废水样品中检出 GC（Huber-Benito et al., 2024; Schriks et al., 2010）。既往研究已确认在地表水和污水处理厂（WWTP）样品中存在泼尼松，实测浓度范围为 10 至 2000 ng/L（Wang et al., 2025; Bradley et al., 2020; Schriks et al., 2010）。与此同时，一项巴西研究将泼尼松鉴定为地表水中检出浓度最高的药物之一，实测水平高达 10872.6 ng/L（Reis et al., 2019）。此外，在中国长江流域雨季期间检出的泼尼松浓度高达 238.27 ng/L（Tan et al., 2024）。包括泼尼松在内的 GC 在水生态系统中的普遍分布引发了对水生生物生态风险的担忧。

大量研究已确立泼尼松暴露会在广泛物种中引发不良生物效应。例如，一项近期研究表明，浓度为 10.0、50.0 和 250.0 μM 的泼尼松暴露会在斑马鱼（Danio rerio）的骨和软骨中诱导发育毒性（Wang et al., 2025）。此外，已有研究证实泼尼松（1 μg/L）会改变羊头鱼（Cyprinodon variegatus）的代谢率、运动后过量氧耗以及运输能量成本，长期暴露还会显著降低该物种的游泳效率（Thibault et al., 2021）。鉴于其在各种水体中的存在及对多种生物的潜在不良影响，泼尼松的生态风险值得更多研究关注。

肠道作为核心生理屏障，是分隔机体与外界环境的关键界面（Cabillon and Lazado, 2019）。胃肠道（GIT）是消化、吸收和代谢的主要场所，也是许多动物吸收各类污染物的主要组织（Marinsek et al., 2022）。鱼类肠道健康易受水环境影响（Wang et al., 2021; Zhou et al., 2011）。研究表明，以 5.0 ng/L、50.0 ng/L 和 500.0 ng/L 浓度的可的松暴露斑马鱼 60 天，会增加肠道细胞凋亡，并干扰 DNA 复制和氧化应激通路（Tan et al., 2024）。在为期 65 天的养殖期内，以添加 9% 鱼油的饲料喂养杂交石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus × Epinephelus lanceolatus）稚鱼，会诱导肠道氧化应激及随后的肠道损伤（Long et al., 2022）。大量研究已确认，将胡子鲶（Heteropneustes fossilis）暴露于浓度为 160.0 mg/L 的诺氟沙星中 7 天，会降低肠道 CAT 活性，伴随肠绒毛损伤和固有层增厚（Chandni et al., 2024）。具体而言，肠道微生物群在维持宿主生理稳态方面发挥着不可或缺的作用（Sanz et al., 2010）。肠道微生物群因其在宿主免疫系统成熟、功能及发育中的重要作用而备受关注（Zhang et al., 2021; Lin et al., 2017）。我们此前的研究表明，60 天可的松暴露（5.0–500.0 ng/L）会触发成年斑马鱼肠道微生物群组成和功能性活动的改变（Tan et al., 2024）。在水环境中，除 GC 外，各种普遍存在的内分泌干扰物也能引发机体肠道微生物失衡。例如，一项近期研究显示，将 D. rerio 暴露于 10.0 和 100.0 μg/L 的二苯酚双（二苯基磷酸酯）中 21 天，可扰乱肠道微生物稳态并引发肠道毒性效应（Lyu et al., 2025）。此外，研究发现，以 5.0 至 500.0 ng/L 浓度的炔诺孕酮暴露 42 天，会导致雌性西部食蚊鱼（Gambusia affinis）胃肠道微生物群的结构和功能发生显著改变（Wu et al., 2025）。因此，污染物通过一个涉及肠道微生物失调以及肠道结构和功能损伤的复杂多因素过程影响鱼类肠道健康。然而，关于泼尼松如何调节鱼类胃肠系统的全面研究仍缺乏。

高通量测序平台的新技术突破以及生物信息学分析工具，大幅深化了当前对微生物生理作用以及污染物触发的毒性应答分子通路的知识（Tan et al., 2024; Adak et al., 2019）。斑马鱼（D. rerio）已被国际标准化组织（ISO）和经济合作与发展组织（OECD）广泛认可为重要的实验室模式生物。该物种被广泛采用以评估水生态系统中化学污染物的毒性效应（McGrath and Li, 2008; OECD, 1992）。在本研究中，将斑马鱼暴露于环境相关浓度的泼尼松（0–500.0 ng/L）中 60 天。通过组织学、转录组学分析及 16S rRNA 基因测序，评估了成年雄性斑马鱼肠道损伤及肠道微生物群改变的效应。本研究的结果有助于加深对鱼类受泼尼松暴露所致生态威胁的理解。

各节片段

测试化学品

ANPEL Laboratory Technologies Inc. 提供泼尼松（CAS 53-03-2；纯度 > 98%）。DMSO 溶剂购自位于中国上海的 Sangon Biotech Co., Ltd。这些试剂混合制成 1000.0 mg/L 泼尼松储备液，制备的储备液在 ?4°C 避光条件下保存。

实验设计

所有实验均自始至终使用雄性斑马鱼，以消除性别相关的生物学变异。成年雄性斑马鱼（AB 品系，4 月龄）在实验室条件下饲养……

结果

三个设计的名义处理水平（5.0、50.0 和 500.0 ng/L）的泼尼松实验测定浓度分别为 4.3、42.3 和 413.8 ng/L（表 S2）。对照组水样中未检测到泼尼松（低于检测限）（全文中称为"对照组"）。为简便起见，后续暴露组的数据分析将其分为 L（低）、M（中）和 H（高）组。

讨论

肠道上皮构成了分隔内外环境的重要屏障（Laukoetter et al., 2006）。该器官是消化和营养吸收的主要场所。同时，它执行包括免疫抵抗、抗氧化活性及维持全身健康状态等关键任务（Cui et al., 2025）。因此，本研究通过……评估了泼尼松对成年雄性斑马鱼肠道健康的影响。

结论

综上所述，以环境真实浓度的泼尼松处理会对成年雄性斑马鱼产生毒性效应，其特征为能量代谢紊乱、生长抑制和胃肠道损伤。此外，泼尼松重塑了胃肠道微生物群的组成和功能特征。这些观察深化了我们对泼尼松处理所触发肠道生理反应的核心理解，并为评估……奠定了坚实基础。

作者同意声明

我们签署人声明，本稿件为原创，此前未发表，且目前未在其他地方接受出版考虑。我们确认，本稿件已为所有署名作者阅读并批准，且不存在符合作者资格标准但未列入的其他人员。我们进一步确认，稿件中列出的作者顺序已获我们所有人批准。我们理解通讯作者是唯一联系人……

作者贡献

Qianlin Cai：概念化、软件、监督、调查、撰写——初稿。Xing Hu：软件、形式分析、数据管理。Junhao Wu：调查、数据管理。Meixin Ye：撰写——审阅与编辑、数据管理。Jinlin Yang：撰写——审阅与编辑、数据管理。Yuerong Zeng：形式分析、数据管理。Xiangyun Zheng：形式分析、数据管理。Yue Chen：形式分析、数据管理。Liping Hou：概念化、资金获取、撰写——

资金来源角色

作者感谢国家自然科学基金（42230719、42177262、41977207）的资助。

患者知情同意（如适用）——对于任何包含病例细节、个人信息和/或患者或其他个人图像的文章，完成此部分为强制性要求。请在下方签署以确认，所有根据适用法律从文章中包含信息的任何相关患者、研究参与者和/或其他个人处所需的必要知情同意均已获取。

CRediT 作者贡献声明

Qianlin Cai：概念化、软件、监督、调查、撰写——初稿。Xing Hu：软件、形式分析、数据管理。Junhao Wu：调查、数据管理。Meixin Ye：撰写——审阅与编辑、数据管理。Jinlin Yang：撰写——审阅与编辑、数据管理。Yuerong Zeng：形式分析、数据管理。Xiangyun Zheng：形式分析、数据管理。Yue Chen：形式分析、数据管理。Liping Hou：概念化、资金获取、撰写——

未引用参考文献

Adak and Khan, 2019, Gómez and Balcázar, 2007, Cui et al., 2026, Kugathas and Sumpter, 2011, Lee et al., 2025, Li et al., 2022, Lin and Zhang, 2017, Lu et al., 2026, Lyu et al., 2025, Chandni and Vaseem, 2024, Porta et al., 2020, Robles-Arozarena et al., 2025, Chen and Zhong, 2013, Sekirov and Finlay, 2009, Shimba et al., 2025, Smink et al., 2003, Tan et al., 2024, Wang et al., 2025, Wang et al., 2026, Zhang et al., 2024, Zhang et al., 2024

CRediT 作者贡献声明

Qianlin Cai：撰写——初稿、监督、软件、调查、概念化。Xing Hu：软件、形式分析、数据管理。Junhao Wu：调查、数据管理。Meixin Ye：撰写——审阅与编辑、数据管理。Jinlin Yang：撰写——审阅与编辑、数据管理。Yuerong Zeng：形式分析、数据管理。Xiangyun Zheng：形式分析、数据管理。Yue Chen：形式分析、数据管理。Liping Hou：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取

Qianlin Cai|Xing Hu|Junhao Wu|Meixin Ye|Jinlin Yang|Yuerong Zeng|Xiangyun Zheng|Yue Chen|Liping Hou|Ruiqi Liu|Shao-Yang兰

华南生物多样性研究中心，广州大学生命科学学院，广州 510655，中国