《Comparative Biochemistry and Physiology Part D: Genomics and Proteomics》：Ferro-Immuno-Structural Axis (FISA): Kidney specific microplastic toxicity via TLR18 centric immunosuppression and iron dyshomeostasis in rainbow trout
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•虹鳟扩展型TLR家族的基因组全范围系统表征•通过unc93b1转运阻断介导的TLR18为中心肾脏特异性免疫抑制•肾脏特异性fth1a激增驱动铁稳态失衡型铁死亡。•肾脏中HSP网络崩溃与肾小球滤过屏障崩解•提出肾脏特异性微塑料毒性的铁-免疫-结构轴（FISA）模型引言微塑料（
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虹鳟扩展型TLR家族的基因组全范围系统表征
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通过unc93b1转运阻断介导的TLR18为中心肾脏特异性免疫抑制
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肾脏特异性fth1a激增驱动铁稳态失衡型铁死亡。
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肾脏中HSP网络崩溃与肾小球滤过屏障崩解
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提出肾脏特异性微塑料毒性的铁-免疫-结构轴（FISA）模型
引言
微塑料（MPs，<5 mm）已成为普遍存在的环境污染物，对水生生态系统和有机体健康构成威胁（Gomes等，2022；Li等，2024）。在鱼类中，微塑料暴露会引发氧化应激、代谢紊乱和免疫抑制，肾脏因过滤介导的浓缩作用被认为是主要的生物蓄积部位（Meng等，2022；Yang等，2024）。近期基于斑马鱼的多组学研究表明，聚苯乙烯微塑料和纳塑料可诱导严重的肾脏损伤并抑制固有免疫信号通路，包括胞质DNA感知和C型凝集素受体通路，从而增加细菌感染的易感性（Yang等，2024）。然而，连接微塑料蓄积与肾脏特异性免疫毒性的组织选择性分子机制仍然不明。
Toll样受体（TLRs）是固有免疫的主要模式识别受体，通过富含亮氨酸重复序列（LRR）结构和Toll/白细胞介素-1受体（TIR）结构域识别病原相关分子模式和损伤相关分子模式（Roach等，2005；Kawai和Akira，2010）。硬骨鱼类拥有扩展的TLR受体库，通常超过20个成员，反映了硬骨鱼类特异性第三次全基因组复制（3R）后发生的谱系特异性重复事件以及后续的串联重复（Jaillon等，2004；Liao和Su，2021）。该扩展包括鱼类特异性受体如TLR18、TLR19、TLR21–23以及广泛的TLR13旁系同源基因簇（Liao和Su，2021；Lv等，2025）。在虹鳟（Oncorhynchus mykiss）中，该扩展TLR家族的基因组结构、理化性质和染色体分布尚未进行系统表征。TLR扩展在环境胁迫下的功能含义也基本未被探索。阐明该受体库至关重要，因为TLRs不仅启动抗微生物防御，还参与铁代谢调控和组织重塑，这些过程与污染物毒性直接相关。
内体TLRs（TLR3、TLR7、TLR8、TLR9、TLR13以及鱼类特异性的TLR18）依赖于内质网驻留分子伴侣unc93b1。该伴侣蛋白负责将它们从内质网转运至内溶酶体，配体识别和信号转导在此发生（Lee等，2013；Wolf等，2024）。近期的大规模突变分析已证实，unc93b1变异可在小鼠和人类中驱动TLR7依赖性自身免疫病（Wolf等，2024）。这一发现强调了该伴侣蛋白在维持免疫稳态中的关键作用。UNC93B1的转录抑制或转运阻滞会导致内体TLRs通路水平的沉默，但微塑料暴露是否会在鱼类组织中干扰UNC93B1介导的转运尚未经过研究。
与免疫抑制同时发生的是，微塑料暴露会破坏细胞铁稳态。这一过程与代谢应激和调控性细胞死亡密切相关（Chen等，2023；Zeng等，2024）。铁蛋白重链亚基通过隔离游离铁来防止Fenton反应介导的活性氧（ROS）生成；其失调可诱导非经典铁死亡样铁稳态失衡（Chen等，2023）。值得注意的是，铁代谢与固有免疫之间存在双向偶联关系。铁过载可抑制TLR信号和NF-κB激活，而TLR刺激可调节铁调节蛋白（Ganz和Nemeth，2015；Zeng等，2024）。微塑料诱导的铁稳态失衡是否会反馈放大肾脏中的TLR抑制作用仍不明确。
肾小球滤过屏障的结构完整性依赖于IV型胶原网络、足细胞特异性蛋白以及胶原特异性分子伴侣热休克蛋白47（HSP47）（Taguchi等，2023；Khan等，2024）。HSP47对于前胶原折叠、三螺旋形成和基底膜支架维护至关重要（Taguchi等，2023）。HSP网络的全面抑制，包括HSP47、HSP70和HSP90，表明在环境胁迫因子作用下蛋白质稳态崩溃（Khan等，2024）。HSP抑制、胶原网络破坏和TLR通路沉默的同时发生提示了一个整合性毒理学轴，汇聚于组织特异性脆弱性。
我们选择虹鳟作为研究对象基于三个原因。首先，作为具有重要水产养殖和生态意义的鲑科鱼类，虹鳟暴露于环境相关的微塑料浓度中，且已被确立为免疫毒理学模型。其次，鲑科鱼类谱系在硬骨鱼类3R基础上经历了额外的一次（第四次；4R）全基因组复制，使其TLR受体库成为脊椎动物TLR扩展的极端范例。第三，虹鳟补充了以斑马鱼为中心的微塑料文献，后者虽已充分报道肾脏损伤和固有免疫抑制，但在受体水平上仍未得到解析。我们选择了肾脏、肠道（中肠）、肝脏、肌肉、大脑和鳃，以覆盖主要的暴露和效应轴：肠道和鳃分别通过摄食和呼吸作为暴露门户；肾脏是过滤和造血/免疫器官，预计微塑料会在此蓄积；肝脏是代谢沉陷；肌肉和大脑代表远端系统器官。
在本研究中，我们假设微塑料颗粒通过过滤介导的浓缩作用优先蓄积于虹鳟肾脏，符合所提出的假说性铁-免疫-结构轴（FISA）模型——一个由三种汇聚性损伤为特征的推断框架：(i) 通过UNC93B1依赖性内体转运阻断介导的以TLR18为中心的免疫抑制；(ii) 铁蛋白重链a（fth1a）介导的铁稳态失衡，放大ROS依赖性TLR抑制；(iii) HSP47胶原网络崩溃导致肾小球滤过屏障崩解。我们进行了虹鳟扩展型TLR家族的基因组全范围系统表征，随后在微塑料胁迫下进行了多组织转录组图谱分析（肾脏、肠道、肝脏、肌肉、大脑和鳃）。我们的发现将TLR基因组结构与功能转录组学整合在一起，为硬骨鱼类中以肾脏为中心的微塑料毒性提供了进化和机制学依据。
章节摘要
实验动物与微塑料暴露
共选取120条来自同一产卵批次的同窝全同胞鱼，这些鱼表现出高存活率且平均体重为40 ± 9.3 g，购自一家商业虹鳟养殖场。使用来自同一产卵批次的同窝全同胞鱼有助于我们减少遗传变异。鱼被随机分配至六个60升水槽中（每缸20条鱼）。实验包含两个处理组：对照组（M0，0 μg/L微塑料）和暴露组（MP，500 μg/L微塑料）。每个处理组设有三个独立
虹鳟扩展型TLR家族的系统表征
为确立虹鳟固有免疫识别的基因组结构，我们对TLR受体库进行了系统的全基因组普查。共鉴定出21个TLR成员，包括六个TLR13旁系同源基因（TLR13a1–a6）和鱼类特异性的TLR18（图1；表1）。染色体映射显示，TLR13旁系同源基因在第6、11、12、13和18号染色体上形成了显著聚集，提示硬骨鱼类特异性第三次全基因组复制后发生了串联重复事件
讨论
本研究首次系统表征了虹鳟中扩展型TLR受体库的全基因组特征，将基因组结构与微塑料（MP）胁迫下的多组织转录组反应相结合。我们的发现揭示，虹鳟基因组包含21个TLR成员，包括六个TLR13旁系同源基因和鱼类特异性的TLR18，反映了硬骨鱼类特异性3R全基因组复制后发生的大量谱系特异性重复事件。在微塑料暴露下，
结论
总之，本研究将TLR家族基因组结构与功能转录组学相结合，支持了一种假设性的肾脏特异性整合毒性模型——虹鳟在微塑料胁迫下的铁-免疫-结构轴（FISA）。扩展的硬骨鱼类TLR受体库，特别是鱼类特异性的TLR18和串联重复的TLR13旁系同源基因，为理解为何内体TLRs对微塑料诱导的转运
重要性声明
所提出的虹鳟肾脏中微塑料诱导的铁-免疫-结构轴（FISA）激活提示了一种组织选择性脆弱性，可能损害抗病毒免疫力。这些发现强调了微塑料污染对鲑科水产养殖和野生渔业的生态风险，其中肾脏为中心的免疫抑制可能增加对病毒病原体的易感性，亟需更严格的水体塑料监测和污染物缓解策略。
CRediT作者贡献声明
任志浩：写作 – 审稿与编辑，写作 – 初稿撰写，项目管理，方法学，调查研究，形式化分析，数据管理。周雅萱：写作 – 审稿与编辑，软件，资源，调查研究，数据管理。赵淑霞：写作 – 审稿与编辑，可视化，资源，方法学，形式化分析。张颖：写作 – 审稿与编辑，验证，软件，资源，形式化分析。王涵宇：写作 – 审稿与编辑，监督指导，资源，
伦理声明
本研究中使用的所有方法均按照《中华人民共和国实验动物使用和护理法规》的指导原则进行。实验方案已获天水师范学院机构伦理委员会批准（批准号：20230511）。
生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明
在准备本工作期间，作者使用了通用大语言模型（deepseek）进行语言润色和语法纠正以提高可读性。在使用该工具/服务后，作者对内容进行了审阅和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。
资助
本工作由以下基金资助：国家自然科学基金委员会（32260258）；天水师范学院 2025年度校级科研项目：产业支持项目（CYZ2025-01）。
任志浩|周雅萱|赵淑霞|张颖|王涵宇|任丽佳|马芳
