《Aquatic Toxicology》：Phthalate Burdens of North Atlantic and South Pacific Humpback Whales (Megaptera novaeangliae), and their Species-Specific Mitochondrial Effect
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Omolara Omomo|Hafiz Hosen|Amanda Dawson|Deanne Whitworth|Neil Burnie|Andrew Smith|Daniel Radford|Choy Aming|Susan Bengtson Nash澳大利亚昆士兰州纳森市格里
Omolara Omomo|Hafiz Hosen|Amanda Dawson|Deanne Whitworth|Neil Burnie|Andrew Smith|Daniel Radford|Choy Aming|Susan Bengtson Nash
澳大利亚昆士兰州纳森市格里菲斯大学环境与科学学院，南方海洋持久性有机污染物项目，邮编4111
摘要
全球塑料污染导致海洋环境中有毒塑料添加剂的普遍存在。邻苯二甲酸盐是一类容易渗入环境的增塑剂。研究表明，接触邻苯二甲酸盐与哺乳动物的多种毒性反应有关，包括癌症和繁殖成功率下降；然而，关于邻苯二甲酸盐暴露对滤食性大型海洋动物的影响的研究非常少，而且缺乏这些物种的生物能量学毒性数据，尽管它们的生活史使它们面临更高的风险。本研究旨在比较北大西洋和南太平洋座头鲸种群体内的邻苯二甲酸盐负担，这两种鲸类在其觅食地和迁徙路线中可能遇到不同程度的塑料污染。从活检的鲸脂样本中测定了八种邻苯二甲酸盐的浓度，但只有二(2-乙基己基)邻苯二甲酸盐（DEHP）和二异丁基邻苯二甲酸盐（DiBP）在两个种群中均被持续检测到，其中DEHP的含量最高。通过使用Resazurin测定法和Seahorse XF细胞线粒体应激测试评估了这些邻苯二甲酸盐对永生化座头鲸细胞系的细胞毒性和线粒体影响。虽然未观察到细胞毒性，但在所有浓度的DiBP和某些浓度的DEHP中都观察到了剂量特异性的线粒体效应。这项研究为新兴关注的塑料渗出化合物的环境暴露和物种特异性毒性效应提供了宝贵的数据。
引言
塑料产品的多功能性和低成本使其使用量在过去一个世纪呈指数级增长，年塑料产量从20世纪中期的170万吨增加到2018年的3.59亿吨（Gao等人，2021年）。据估计，仅2010年就有480万至1270万吨陆地塑料废物进入海洋，到2014年海洋环境中已有15万亿至51万亿个微塑料颗粒（Van Sebille等人，2015年；Villarrubia-Gómez等人，2018年；Silva Filho & Velis，2022年）。为应对这一严重威胁，2022年联合国环境大会（UNEA-5.2）通过了一项历史性决议，旨在制定一项关于塑料污染（包括海洋环境中的塑料污染）的国际具有法律约束力的文书（联合国环境大会2022年）。
塑料是一种含有增塑剂的聚合物基质，这些增塑剂仅嵌入聚合物基质中，并未与其共价结合，因此极易渗出，尤其是在温度、pH值和辐射（如紫外线、微波）等环境变化的影响下（Mathieu-Denoncourt等人，2014年）。由于海洋环境对这些因素不稳定，人们越来越担心这些塑料渗出物在海洋中的普遍存在及其对海洋生物的影响。邻苯二甲酸盐（PAEs）是一类常见的增塑剂，它们是邻苯二甲酸的酯类，虽然有多种商业用途（个人护理产品、合成香料和农药），但大多数用于塑料制造（Mathieu-Denoncourt等人，2014年；Hart等人，2018年）。PAEs具有很强的亲脂性，但其半衰期从几小时到几个月不等，从而降低了其生物累积潜力（Mathieu-Denoncourt等人，2014年；Routti等人，2021年）。这些化学物质可通过多种途径进入海洋环境，如空气、土壤、废水、雨水、地表水、污水污泥和雨水，以及直接从海洋垃圾中渗出（Clara等人，2010年）。
尽管半衰期较短，但由于PAEs的广泛使用，它们在环境中无处不在，可能对人类和野生动物的健康构成风险。实验室研究表明，PAEs与代谢、致癌、生殖和发育毒性反应有关（Mathieu-Denoncourt等人，2014年；Routti等人，2021年；Heudorf等人，2007年；Shen等人，2011年）。滤食性海洋大型动物特别容易摄入海洋塑料碎片和微塑料污染，从而摄入相关的增塑剂（Fossi等人，2014年）。尽管它们更容易受到影响，但对野生海洋大型动物群体的PAE暴露评估却很少，对须鲸或滤食性鲸类的研究更是寥寥无几（表1）。
PAEs生物监测面临的挑战之一是这些化学物质的停留时间较短，以及获取适合检测环境暴露的组织（如尿液和血液）的物流难度。然而，PAEs具有亲脂性，可能会暂时分布到脂肪或鲸脂中，与整体体内负担达到动态平衡。
座头鲸（Megaptera novaeangliae）是一种分布全球的大型须鲸。在南半球，它们几乎完全以南极磷虾（Euphausia superba）为食（Gro?等人，2020年；Waugh等人，2012年），而北半球的饮食更为多样化，包括鲱鱼和沙鱼（Simon等人，2012年；Wright等人，2016年）。大多数北半球种群和所有南半球种群都是资本繁殖者，即在夏季高纬度觅食地表现出过度进食行为，随后是长达约六个月的禁食期，这与它们迁移到低纬度繁殖地的时间相吻合（Nichols等人，2022年）。历史上，座头鲸被用作化学污染和生态系统生产力的海洋哨兵（Bengtson Nash等人，2018年；Bengtson Nash等人，2013年；Bengtson Nash等人，2023年），因为它们可以提供夏季觅食成功和化学暴露的综合信息。然而，这些种群中PAE的暴露程度尚不清楚，无论是通过高纬度觅食还是迁徙过程中的非觅食吸收。同样，PAEs的累积情况也不清楚。此外，目前尚无针对该物种的特定化学效应数据。
研究表明，摄入高剂量（250-700毫克/千克/体重/天）的二(2-乙基己基)邻苯二甲酸盐（DEHP）会导致鹌鹑心脏细胞线粒体出现形态异常，表现为液泡增多、空洞形成、线粒体嵴断裂和膜破裂及肿胀（Zhang等人，2022年）。涉及多种细胞类型（心脏细胞、神经元和肾细胞）的研究表明，PAE暴露可能增加线粒体活性氧（ROS）并减少抗氧化剂，从而抑制参与线粒体质量控制机制的多种基因，可能降低线粒体呼吸（Zhang等人，2022年；Wang等人，2015年；Huang等人，2022年）。鉴于座头鲸迁徙和资本繁殖过程中的极端能量需求，以及线粒体功能紊乱可能带来的生物能量学影响，研究这些化学物质对该物种的线粒体影响具有重要意义。
在本研究中，我们试图检测北大西洋（NA）和南太平洋（SP）座头鲸种群在距离各自赤道繁殖地约100公里处的PAE环境暴露差异。假设NA种群在每年迁徙过程中会遇到记录丰富的马尾藻海垃圾带（Carpenter & Jr，1972年；Law等人，2010年）（图1），这可能会增加其环境PAE暴露程度。其次，通过组织分析检测到的PAE化合物被选用于体外评估其对座头鲸成纤维细胞线粒体功能的影响。本研究的结果为物种特异性暴露和这些化学物质对大型滤食性鲸类的影响提供了宝贵信息。
章节摘录
采样地点和收集
如其他地方所述（Waugh等人，2012年），通过远程活检镖从两个地点收集了12份成年鲸鱼的皮肤和鲸脂组织。NA种群（n=6）于2014年4月在百慕大东南部水域（32°1’7N，64°47’W；图1）被采样，当时它们正前往西印度群岛的繁殖地，这是Gass Productions Ocean Vet系列研究的一部分。SP种群（IWC指定的E1繁殖种群（Donovan，1991年）的组织样本（n=6）也被采集
结果与讨论
迄今为止，对野生海洋哺乳动物群体的PAE暴露评估非常少（表1）。本文首次比较了两个座头鲸种群之间的邻苯二甲酸盐负担，并首次评估了邻苯二甲酸盐对任何海洋哺乳动物生物能量的影响。
总结
本研究报道了两个座头鲸种群鲸脂中存在邻苯二甲酸盐的情况。在暴露于DiBP和DEHP后，确定了PAE对座头鲸线粒体的剂量特异性影响。
CRediT作者贡献声明
Omolara Omomo：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学设计、调查、数据分析、概念化。Hafiz Hosen：方法学设计。Amanda Dawson：撰写——审稿与编辑、监督。Deanne Whitworth：撰写——审稿与编辑、监督。Neil Burnie：方法学设计。Andrew Smith：资源提供。Daniel Radford：资源提供。Choy Aming：资源提供。Susan Bengtson Nash：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金支持
