《Journal of Hazardous Materials》：A sunscreen UV filter disrupts energy homeostasis and impairs growth in the endangered living fossil
Tachypleus tridentatus
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摘要2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯是一种被广泛使用的有机紫外线过滤剂，它经常在沿海环境中被检测到，这引发了人们对其对水生生物影响的担忧。本研究显示，该物质会对极度濒危的三刺鲎的第一龄幼体造成多种不良影响。将幼体暴露在与环境浓度相近的2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯溶液中28天后
摘要
2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯是一种被广泛使用的有机紫外线过滤剂，它经常在沿海环境中被检测到，这引发了人们对其对水生生物影响的担忧。本研究显示，该物质会对极度濒危的三刺鲎的第一龄幼体造成多种不良影响。将幼体暴露在与环境浓度相近的2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯溶液中28天后，其体重和甲壳宽度显著下降，而短期（7天）暴露则没有明显影响生长。尽管在整个暴露期间蜕皮激素水平保持稳定，但与蜕皮相关的基因转录发生改变，且几丁质酶和β-N-乙酰葡萄糖胺酶的活性上升，表明蜕皮过程受到了干扰。该物质还能适度激活抗氧化防御系统，从而避免过度的氧化损伤。此外，非特异性免疫酶的活性升高以及与免疫相关的基因转录增加，说明先天免疫反应也被激活。通过整合转录组学和脂质组学分析发现，在2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯的作用下，为了满足更高的能量需求，脂质分解作用增强，这一现象可能是为了解决因压力导致的能量不足问题，但也可能导致蜕皮和生长受阻。这些研究结果揭示了该物质对三刺鲎的毒理影响，并为保护这一濒危物种提供了理论依据。
引言
有机紫外线过滤剂被广泛用于防晒霜、沐浴产品及化妆品等个人护理用品中，以保护皮肤免受紫外线伤害，同时也被应用于塑料、纺织品等工业产品中，防止其光降解[1]、[2]、[3]。在这些化合物中，2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯因其较强的UV-B吸收能力而成为最常用的有机紫外线过滤剂之一[4]，在欧美国家，其在商业产品中的最大使用浓度为10%[5]、[6]。不过，根据消费者安全科学委员会的说法，目前现有的毒理学数据尚不足以确认该物质的安全性[7]。
2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯可通过人们在游泳、沐浴等娱乐活动时皮肤上的物质脱落直接进入水生环境，或者因污水处理厂处理不彻底而通过废水间接进入水体[8]。由于该物质的广泛生产和使用，它在全球的河流、湖泊以及沿海海水中的浓度往往在纳克/升到微克/升之间[9]、[10]、[11]、[12]。例如，在葡萄牙的一条河流中检测到该物质的浓度为562纳克/升，而在香港的沿海海水中则为4微克/升[13]、[14]。目前记录到的最高浓度为瑞士未处理废水中的19微克/升，以及荷兰家庭灰水中的67.7微克/升[15]、[16]。由于其高疏水性（log Kow = 6.1），该物质容易在富含有机物的沿海沉积物中积累[15]。在香港和东京湾的沉积物中，该物质也是主要的有机紫外线过滤剂，含量在0.3到447纳克/克干重之间[17]。此外，该物质在环境中还具有一定的持久性，其水中的光降解半衰期在23小时到数天不等[18]、[19]，而在沉积物中，尤其是在厌氧条件下，其持久性更强[16]。另外，该物质还会在珊瑚、贻贝、蛤蜊、螃蟹以及鱼类等水生生物体内积累[20]、[21]。
研究表明，2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯属于内分泌干扰物，能在斑马鱼身上产生抗雌激素和雄激素作用[22]、[23]，还能抑制日本青鳉的甲状腺激素合成[24]。此外，斑马鱼在短期接触该物质后还会出现氧化应激现象，表现为抗氧化酶活性改变以及脂质过氧化加剧[22]。此前的研究也发现，该物质会影响马尼拉蛤和海洋多毛类动物の非特异性免疫反应[25]、[26]。另外，虹鳟鱼在口服该物质6周后也会出现糖类、脂类和蛋白质代谢紊乱的情况[27]。在针对多种水生生物的比较研究中，该物质的毒性甚至高于其他常见的紫外线过滤剂，如3-苄基樟脑、3-(4′-甲基苄基)樟脑以及苯甲酮-3[28]、[29]。然而，尽管已有诸多研究，该物质对海洋节肢动物的毒理影响仍几乎未被探索。
鲎是一种古老的底栖节肢动物，已经存在了近4.45亿年[30]。它们在生态系统中具有重要意义，能够在沿海生态系统的生物扰动和食物网中发挥重要作用[31]、[32]。此外，它们的血细胞溶菌液对细菌内毒素极为敏感，因此也是一种宝贵的生物医学资源[33]、[34]。然而，由于过度捕捞、栖息地破坏以及环境污染，鲎的种群数量在过去几十年里急剧下降[35]、[36]。尤其是分布在西太平洋地区的三刺鲎，已被国际自然保护联盟列为濒危物种[37]。与游泳型甲壳类动物不同，鲎是底栖生物，常常埋藏在沉积物中，而疏水性的2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯容易在沉积物中积累。这种底栖生活方式，再加上它们古老且相对原始的解毒酶系统，可能使得鲎更容易受到新兴有机污染物的威胁。虽然三刺鲎面临着重金属、微塑料/纳米塑料以及抗生素等多种已知的威胁[31]、[32]、[38]、[39]、[40]，但2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯所带来的潜在风险却几乎尚未被了解。
从孵化到第一次蜕皮，鲎幼体的能量主要来自体内的卵黄储备，几乎不会主动进食。第一龄三刺鲎的碳水化合物、脂类和蛋白质含量分别为8.3毫克/克、51.0毫克/克和93.25毫克/克[41]，这说明在第一次蜕皮之前，脂类而非碳水化合物是主要的能量来源[42]。事实上，随着蜕皮的临近，能量需求主要通过脂质分解来满足[43]。因此，如果第一龄鲎的脂质代谢受到影响，就可能会严重破坏正常的能量平衡，进而影响其生长和发育。
本研究旨在探讨2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯对三刺鲎第一龄幼体的不良影响及其毒理机制。我们将幼体暴露在与环境浓度相近的该物质溶液中28天，然后评估其对生长、蜕皮调控、抗氧化防御以及免疫功能的影响。同时通过整合脂质组学和转录组学分析来揭示其毒性作用的机制。我们的研究发现，该物质会通过促进脂质分解来打破能量平衡，从而使能量从生长转向生存相关的功能，这一结果凸显出这种新兴污染物对鲎保护工作的威胁。
章节摘录
化学品与试剂
2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯（CAS编号5466–77–3，纯度大于98%，为液体试剂）和二甲基亚砜（纯度大于99%）均购自中国上海的Sigma-Aldrich公司。我们先将100微升原液（25℃时的密度为1.011克/毫升）用二甲基亚砜稀释，最终得到浓度为10毫克/毫升的2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯储备溶液，最终体积为10毫升。其余所有试剂均为分析级或HPLC级产品。
实验动物
实验所用的三刺鲎第一龄幼体是通过人工繁殖获得的，其体重在0.021±0.002克之间，甲壳宽度为0.611±0.028厘米。
暴露介质中2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯的实际浓度
对照组中未检测到2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯的存在（见表1）。在所有实验组中，实际浓度与设定浓度之间的差异均小于15%（见补充表S1）。暴露溶液中的该物质浓度出现一定程度的下降，很可能是由于它吸附在了水箱壁和沙子上，同时在暴露过程中也发生了光降解作用[28]、[48]。
生长情况
将幼体暴露在2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯溶液中7天后，其体重和甲壳宽度均未出现显著变化（见图1A和1B）。
生长迟缓与蜕皮障碍
已有研究表明，许多污染物都会对三刺鲎的生长发育产生不利影响。例如，让幼体暴露在浓度为20和200微克/升的聚苯乙烯微塑料环境中14天后，其甲壳宽度和体重都会明显下降[49]。在本研究中，虽然7天暴露后未观察到明显影响，但将幼体暴露在与环境浓度相近的2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯溶液中28天后，其体重和甲壳宽度均出现下降，这说明该物质确实会抑制幼体的生长。
结论
本研究首次证明了常见的有机紫外线过滤剂2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯会对三刺鲎造成危害。将幼体暴露在与环境浓度相近的该物质溶液中28天后，其体重和甲壳宽度都会下降，这说明该物质会抑制幼体的生长。此外，该物质还可能通过提升几丁质酶和β-NAG酶的活性，导致幼体过早蜕皮。在2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯的作用下，鲎的抗氧化防御系统和免疫系统会被激活，
环境意义
接触这种新兴的环境污染物2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯会导致三刺鲎幼体的生长迟缓，还可能干扰其蜕皮过程。由于抗氧化防御和免疫反应被激活，鲎的能量需求会增加，其代谢模式也会偏向于更多依赖脂类作为能量来源。这种能量失衡会导致能量不足，迫使鲎陷入一种生存优先于生长的代谢困境。因此，
作者贡献说明
方翠红：负责研究指导与资源提供。陈志：负责文章撰写与修改、资源协调、方法设计以及资金申请。严美娇：负责结果验证与正式数据分析。楚瑶瑶：负责结果验证与正式数据分析。林行达：负责方法设计与实验开展。王世勇：负责实验开展与数据整理。李一婷：负责文章初稿撰写、数据可视化处理、实验开展以及数据整理。李广金：负责文章初稿撰写、实验开展以及数据整理。胡凤晓：负责文章撰写与修改以及项目统筹。
利益冲突声明
所有作者均声明，自己不存在任何可能影响本研究结果的财务利益关联或个人关系。
致谢
本研究得到了福建省自然科学基金（项目编号：2023J01491）、广西重点研发计划（项目编号：AB24010084）以及福建省海洋生态文明促进协会专项基金（项目编号：HC2023001）的支持。
李广金|李一婷|林行达|王世勇|严美娇|楚瑶瑶|方翠红|陈志|胡凤晓
中国福建省福州市福州市福建农林大学海洋养殖育种国家重点实验室、福建省海洋生物技术重点实验室，邮编350002
