扇贝血淋巴介导的麻痹性贝类毒素与河豚毒素动力学

《Marine Drugs》：Hemolymph-Mediated Dynamics of Paralytic Shellfish Toxins and Tetrodotoxin in Scallops

　　

为探究麻痹性贝类毒素（PSTs）与河豚毒素（TTX）在扇贝体内的动态变化规律，研究人员对日本东部养殖的虾夷扇贝（Yesso scallop）与赤坂扇贝（Akazara scallop）的血淋巴上清液（hemolymph-S）及消化腺中的PSTs和TTX进行了系统分析。在2025年4月22日至2025年10月21日期间采集的虾夷扇贝样本中，血淋巴-S中的PST浓度为消化腺中浓度的1.6%–17%（mol/mol），二者呈显著正相关（r = 0.753）。然而，两个组织中的PST组成存在明显差异：血淋巴-S中的PST组成初期与实验室培养的甲藻相似，这与4月下旬典型产毒甲藻赤潮的暴发时间相吻合。随后，血淋巴-S中的PST组成逐渐趋同于消化腺的组成，表明毒素先在消化腺中发生化学转化，继而释放进入血淋巴。11β-OSO₃H毒素（C2、GTX4、GTX3）与11α-OSO₃H毒素（C1、GTX1、GTX2）之间的化学平衡比值亦呈现类似的季节性变化趋势。TTX在2025年8月28日至2026年1月27日期间采集的两种扇贝的两个组织中均有检出，其中血淋巴-S中的TTX浓度为消化腺中浓度的0.5%–5.4%（mol/mol）。上述结果表明，这些毒素由产PST甲藻及特定含TTX生物体被扇贝摄取后，主要富集于消化腺，随后部分进入血淋巴并在体内循环分布。

本研究聚焦于扇贝体内两种重要海洋生物毒素——麻痹性贝类毒素（PSTs）与河豚毒素（TTX）的动力学过程，首次对血淋巴中的这两种毒素进行了定性定量分析，并与消化腺中的检测结果进行了系统比较，为理解毒素的摄入、转移、器官蓄积及结构转化机制提供了重要 insights（见解）。该论文发表于《Marine Drugs》期刊。

研究背景方面，PSTs与TTX均为强效电压门控钠离子通道阻断剂。PSTs包含超过50种类似物，主要分为石房蛤毒素类（STXs）、膝沟藻毒素类（GTX1-6）、C-毒素类（C1-C4）及M-毒素类，主要由亚历山大藻属（Alexandrium）与链状裸甲藻（Gymnodinium catenatum）等产毒甲藻产生，并通过双壳贝类如扇贝、牡蛎和贻贝等富集， globally regulated（全球监管）以防止致死性食物中毒事件。近年来PSTs的生物合成研究已取得显著进展。TTX传统上被称为河豚毒素，在欧洲、新西兰、中国及日本等地的双壳贝类中均有低浓度检出，欧洲食品安全局（EFSA）已 established（建立）44 μg/kg的监管阈值。然而，贝类中TTX的来源尚不明确。

在日本东部地区，双壳贝类通常在4月中旬至7月下旬甲藻赤潮期间呈现高PST浓度，其中亚历山大藻属（Alexandrium spp.）通常从4月中旬开始暴发，至10月左右结束。相反，TTX在扇贝中的蓄积峰值则出现在8月下旬至10月或11月。尽管前期研究如Li等关于扇贝基因组的研究、Liu等及Li等关于虾夷扇贝不同组织中PSTs生物转化的报道，已揭示消化腺和肾脏在毒素转化中的作用，但血淋巴作为毒素循环媒介的相关分析数据尚未见报道。鉴于血淋巴在无脊椎动物中的功能与脊椎动物的血液和淋巴相当，本研究首次系统分析了循环体液中的毒素动态。

研究样本来源于日本东部海域10-30米水深养殖的活体虾夷扇贝（规格10.5–14.1 × 12.5–15.5 cm，采集于2025年4月22日、5月20日、6月17日及10月21日）与赤坂扇贝（规格7.5–9.3 × 7.2–8.9 cm，采集于2025年8月28日及2026年1月27日），每批次5只（2025年8月28日赤坂扇贝n=1，血淋巴样本由两只个体混合）。研究采用的关键技术方法包括：高效液相色谱-荧光检测法（LC-FLD）用于PSTs和TTX的定量分析；亲水作用色谱-串联质谱联用法（HILIC-LC-MS/MS，多反应监测MRM模式）用于TTX检测；高分辨亲水作用色谱-四极杆飞行时间质谱联用法（HR-HILIC-QTOF-MS）用于PSTs和TTX的精确鉴定。样本前处理采用活性炭柱纯化，消化腺样本需经乙酸酸化并沸水浴加热处理，TTX分析额外采用BioRex70弱阳离子树脂纯化。

研究结果部分：

2.1 血淋巴-S蛋白浓度测定

通过DC蛋白测定法测定，2025年4月22日采集的两只虾夷扇贝血淋巴-S蛋白浓度分别为3.3和3.8 mg/mL；2026年1月27日采集的两只赤坂扇贝血淋巴-S蛋白浓度分别为2.3和2.4 mg/mL，证实血淋巴-S中含有蛋白质而非仅含海水。

2.2 血淋巴-S中PSTs和TTX的定性分析

通过离心分离血淋巴-S与血细胞沉淀，血细胞沉淀中PSTs和TTX浓度低于检测限。利用HR-HILIC-LCMS的保留时间及精确分子量（m/z），在虾夷扇贝血淋巴-S中鉴定出C2、GTX1、GTX2（低于定量限）、GTX4等PSTs组分。在赤坂扇贝血淋巴-S（2025年9月16日采集）中通过HILIC-LCMS（MRM模式）检出TTX（0.18 nmol/mL），而PSTs低于检测限。进一步通过HR-HILIC-LCMS在虾夷扇贝（2025年10月21日）和赤坂扇贝（2025年8月28日）的血淋巴-S中鉴定TTX，通过准分子离子[M+H]⁺（m/z 320.1084）、脱水离子（m/z 302.0904）及特征产物离子（m/z 162.0614）进行确认。

2.3 血淋巴-S与消化腺中PSTs和TTX的定量分析

采用LC-FLD定量PSTs，LC-FLD与HILIC-LCMS（MRM）联合定量TTX。结果显示，虾夷扇贝血淋巴-S中PST浓度为消化腺的1.6%–17%（mol/mol），二者呈正相关（y = 0.0223x + 0.8304, r = 0.753）。赤坂扇贝所有样本血淋巴-S中PSTs均低于定量限，但消化腺中有低浓度检出。TTX在虾夷扇贝（2025年10月21日）和赤坂扇贝（2025年8月28日及2026年1月27日）的两个组织中均有检出，血淋巴-S与消化腺浓度比值为0.5%–5.4%。

2.4 血淋巴-S与消化腺中PST毒素图谱的比较及与培养亚历山大藻的比较

1965年4月22日样本中，消化腺以GTX1/4为主（57%），而血淋巴-S以C1/C2为主（56%），后者与同期暴发的主要产毒种Cochlodinium catenella（Group I）的PST组成高度相似。5月20日样本中两个组织的PST组成趋于一致；此后GTX2/3比例逐渐上升，而C1/C2和GTX1/4比例下降。

2.5 消化腺与血淋巴中11β-OSO₃H与11α-OSO₃H毒素比例的比较

4月22日和5月20日采集的虾夷扇贝血淋巴-S中，11β-OSO₃H毒素（C2、GTX4、GTX3）占主导，与亚历山大藻细胞提取物的组成相似；而消化腺样本及6月17日和10月21日血淋巴-S样本中则以11α-OSO₃H毒素（C1、GTX1、GTX2）为主。这一转变反映了毒素从初始摄入状态向化学平衡状态的转化过程。

讨论部分总结：

本研究首次对双壳贝类血淋巴中的PSTs和TTX进行了定性定量分析，揭示了毒素在体内的动态循环规律。虾夷扇贝血淋巴-S中PST浓度与消化腺呈正相关，且为消化腺浓度的1.6%–17%，表明毒素经消化腺处理后部分进入循环系统。

关于PST组成的时间演变，4月22日（甲藻赤潮初期）血淋巴-S的PST图谱与亚历山大藻高度相似，以C2和GTX4等11β-OSO₃H毒素为主，而消化腺中则以GTX1为主。随着季节推移，血淋巴-S组成逐渐趋同于消化腺，以GTX2/3为主。这一转变揭示了毒素在消化腺中经历了从C2向GTX2/3的转化，即13-氨甲酰基上的N-SO₃H水解为NH₂的过程。

11β-OSO₃H与11α-OSO₃H的C-11差向异构体平衡分析进一步支持了上述发现。4月22日和5月20日血淋巴-S中11β-OSO₃H毒素占主导，与甲藻细胞提取物一致；而6月17日后血淋巴-S组成与消化腺一致，以11α-OSO₃H毒素为主。由于11α-OSO₃H毒素具有更高的化学稳定性，甲藻产生的11β-OSO₃H毒素会自发转变为11α-OSO₃H形式。血淋巴组成在6月后的转变表明，此时循环系统中的毒素已经过消化腺的充分转化并达到化学平衡。值得注意的是，即使在4月22日的初始阶段，消化腺中的毒素图谱也已相对于甲藻发生了转化，表明存在快速的酶促或非酶促生物转化过程，这与已报道的贻贝组织中的现象一致，可能涉及胃内的细胞外消化或消化腺内的细胞内消化机制。

样本处理方式的差异（消化腺经乙酸酸化和加热，血淋巴-S未经处理）可能对PST组成产生部分影响。初步评估表明，酸化加热可导致C2向C1、GTX4向GTX1的部分转化，但不会影响C1/C2向GTX2/3的转化或脱氨甲酰基生成dcSTX、neoSTX和STX的过程。

TTX在8月下旬至1月下旬的扇贝样本中检出，与以往报道的TTX蓄积季节（8月下旬至10月或11月）相符。本研究首次报道了1月下旬赤坂扇贝中TTX的检出。虽然TTX的确切来源尚待阐明，但可能的来源包括多触手扁虫（Planocera multitentaculata）及丝带状线虫（Cephalothrix simula）。

基于本研究结果并结合Li等关于扇贝基因组及磺基转移酶参与毒素转化的报道，研究人员提出了毒素动态模型：滤食过程中，PSTs和TTX通过 mantle（外套膜）形成的入水孔摄入，经鳃输送至消化腺进行消化处理；部分毒素进入血淋巴，在全身循环后分布至肾脏、肌肉、外套膜、性腺等器官，最终部分排出体外。血淋巴在毒素的体内循环和调节中发挥重要作用。此前Zheng等报道了贻贝中PSTs的代谢转化，涉及消化腺、外套膜等可食用组织。本研究为进一步验证该假设模型，未来需对其他器官中的毒素分布进行分析。

研究结论翻译：

本研究对日本东部养殖的虾夷扇贝和赤坂扇贝的血淋巴中的PSTs和TTX进行了分析。这些毒素在消化腺浓度升高的特定季节于血淋巴-S中被检出。虾夷扇贝消化腺和血淋巴-S中的PST浓度呈正相关。在甲藻赤潮暴发初期，虾夷扇贝血淋巴-S中的PST组成与产毒甲藻相似，但与消化腺中的组成不同。随后，血淋巴-S中的毒素图谱转变并趋同于消化腺的组成。基于这些发现，研究人员提出了PSTs和TTX的动态模型：摄入的部分毒素从产毒生物体直接快速流入血淋巴；另一部分毒素先被运送至消化腺进行消化，之后部分进入血淋巴并在扇贝全身循环。