《Journal of Hazardous Materials》：Arsenic induces hepatic lipid accumulation associated with DNA methylation alterations and oxidative stress in marine medaka (
Oryzias melastigma)
编辑推荐：
•AsV暴露会导致海洋镜鲤（marine medaka）肝脏脂肪积累。•AsV上调脂肪生成基因的转录并降低脂肪分解基因的活性。•AsV导致ppargc1b启动子的低甲基化并上调其表达。•AsV引发的氧化应激会加剧脂质代谢紊乱。引言砷是最危险的类金属之一，在环境中的含量正在逐渐增加
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AsV暴露会导致海洋镜鲤（marine medaka）肝脏脂肪积累。
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AsV上调脂肪生成基因的转录并降低脂肪分解基因的活性。
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AsV导致ppargc1b启动子的低甲基化并上调其表达。
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AsV引发的氧化应激会加剧脂质代谢紊乱。
引言
砷是最危险的类金属之一，在环境中的含量正在逐渐增加[1]。河口和海岸作为主要的污染物汇集地，接收来自陆地的大量含砷排放物，导致各种非生物和生物样本中普遍检测到砷[1]。在受到工业和采矿活动影响的沿海区域，表层沉积物中的砷浓度可能远超当地背景水平，范围从0?毫克/千克到最高3940?毫克/千克[2]、[3]、[4]。沉积物中的砷被底栖无脊椎动物吸收，因此这些受污染地区的底栖捕食者体内每公斤干物质可能积累数百毫克的砷[5]、[6]。与陆地和淡水食物网中观察到的广泛生物稀释效应（0.1-10?微克/克干物质）不同，砷在海洋食物网中表现出生物放大作用[7]，在高营养级的海洋鱼类中积累到显著浓度（1-1000?微克/克干物质）[6]，从而对海洋鱼类构成威胁。据报道，砷会引起肝毒性、肾毒性、神经毒性和免疫毒性[9]、[10]、[11]。然而，这些研究主要集中在陆地和淡水生态系统。关于砷对河口和沿海地区海洋生物的生物学影响及其分子机制仍知之甚少。
肝脏是砷毒性的主要靶器官，与脂肪稳态密切相关[12]。污染物引发的脂肪稳态紊乱已被报道会引发一系列代谢疾病，如非酒精性脂肪肝病（NAFLD）、肝炎、肝纤维化甚至肝癌[12]、[13]。在斑马鱼中，砷改变了脂肪酸组成，并在胚胎发育期间导致脂肪肝[14]。子宫内暴露于亚砷酸钠会增加后代脐带血和胎盘组织中的瘦素水平，从而增加小鼠后代的出生体重[15]。相反，有研究表明亚砷酸钠会降低Cnesterodon decemmaculatus和斑马鱼中脂肪酸合成酶（FAS）的活性以及肝脏、肌肉和鳃中的脂肪含量[16]、[17]。因此，砷对脂肪含量的具体危害生物学效应仍有待阐明。海洋鱼类中的砷生物转化过程与淡水鱼类不同。关于海洋鱼类肝脏中砷毒性的研究主要集中在肝细胞凋亡、肝脏损伤和免疫毒性[18]、[19]方面。砷对海洋鱼类肝脏脂质代谢的影响仍不甚清楚。此外，现有的关于砷脂毒性的研究主要关注亚砷酸盐的毒性，因为其毒性比三价砷（AsV）更强。实际上，海水中最常见的砷物种是三价砷（AsV）。因此，基于亚砷酸盐（AsIII）毒性的评估可能高估了风险。
砷在环境中被吸收后会在肝脏中经历还原、氧化和甲基化过程。其代谢消耗S-腺苷甲硫氨酸（SAM）和谷胱甘肽（GSH），这两种物质也是DNA甲基化和氧化还原稳态所使用的甲基供体/酶[20]。在斑马鱼和小鼠中，亚砷酸钠已被证明会导致海马区和血液中的DNA低甲基化，进而引发认知缺陷和心血管疾病[11]、[21]。长期砷暴露引起的氧化应激会导致细胞损伤，进而影响头部肾脏、大脑和肝脏的功能[22]、[23]。因此，DNA甲基化和氧化应激被认为是砷毒性的两种主要机制。此外，砷诱导的活性氧（ROS）会破坏内质网（ER）的功能，激活血管内皮细胞中的未折叠蛋白应答（UPR），这是砷毒性的另一种潜在机制[24]。内质网是脂质合成、延长和降解的主要场所。由UPR引起的ER应激已被发现会引发脂质代谢重编程，促进脂质代谢疾病[25]。然而，这些效应与砷诱导的脂质代谢紊乱之间的关系和机制仍不清楚。
因此，在本研究中，使用海洋镜鲤（Oryzias melastigma）作为河口和海洋模型生物，探讨AsV对海洋鱼类脂质稳态的生物学影响。通过观察肝脏脂滴形态和脂质代谢基因的转录来评估AsV对脂质稳态的生物效应。同时研究DNA甲基化和氧化应激，以探索潜在的毒理学机制。此外，还建立了海洋镜鲤的原代肝细胞，以确定ROS和内质网在调节AsV诱导的脂质代谢变化中的作用。我们的研究将有助于更好地理解砷对海洋鱼类的毒理学机制和健康风险。
章节片段
伦理声明
所有动物实验均按照中国科学院动物研究与伦理委员会（SCSIO-IACUC-2019-000137）的指南和批准进行。
海洋镜鲤的饲养和处理
海洋镜鲤（Oryzias melastigma）在实验室中连续繁殖了几代。成年雌鱼在25 ± 0.5 °C的温度下饲养，光照周期为14小时光照：10小时黑暗，使用海盐（Landebao）配制的海水中饲养，盐度为30‰。三种实验饲料中添加了
砷诱导的海洋镜鲤肝脏脂肪积累
实验饲料中的砷浓度分别为2.94、114.77、1158.08?微克/克，对应于0、100、1000?微克/克的AsV暴露（图S1A）。在对照组中，肝脏中的砷浓度保持在1.78?微克/克。在暴露组中，随着暴露时间的延长，肝脏中的砷浓度逐渐增加，在1000?微克/克的AsV暴露组中，4天和7天时分别增加到4.12和3.98?微克/克（图S1B）。随后，肝脏中的砷积累...
讨论
由于砷的高毒性和广泛暴露，其对陆地生态系统的生物效应已被广泛研究[31]。随着海鲜需求的增加及其含砷量的升高，近年来对海洋生态系统中砷的关注也日益增多[32]、[33]。然而，目前关于砷毒性的研究主要集中在海洋鱼类中的物种和浓度上[33]，仍缺乏对沿海地区砷生物效应的深入研究。在本研究中，砷显著...
结论
我们的研究表明，AsV消耗SAM，下调与DNA甲基化相关的基因，并导致ppargc1b启动子的低甲基化。相应地，AsV上调ppargc1b的转录，可能通过调节PPAR信号通路干扰脂质代谢。此外，AsV引发氧化应激，进一步加剧脂肪沉积，促进脂肪生成并抑制脂肪分解，从而导致肝脏脂肪积累。我们的结果为砷的表观遗传效应提供了新的见解
CRediT作者贡献声明
张莉：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，概念构思。杜森：可视化，方法学，数据分析。刘阳：撰写 – 初稿撰写，可视化，方法学。张婷：撰写 – 初稿撰写，方法学，实验设计，资金筹集，数据分析，概念构思。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：张莉报告获得了国家自然科学基金的支持。张婷报告获得了汕头的财务支持。张莉报告获得了热带海洋学国家重点实验室的项目支持。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42576141, 42006131）、热带海洋学国家重点实验室项目（SKLTO2025PT002）以及广东省科技计划项目（2023B1212060047）（LAMB）的支持。
重要性声明
砷是一种全球性的环境污染物，但其对海洋生物的肝毒性机制仍不清楚。本研究证明，饮食中的亚砷酸盐（AsV）会导致...
张婷|刘阳|杜森|张莉
