利用多水平生物标志物评估巴拿马太平洋沿岸地区健康状况：以红树林蚶Anadara tuberculosa为指示生物

《Toxics》：Health Status Assessment of Panamanian Pacific Coastal Areas Using Multi-Level Biomarkers in the Mangrove Cockle Anadara tuberculosa

　　

热带沿海生态系统生产力极高，但日益受到人为压力的威胁，因此环境监测工具对于确定环境健康状况至关重要。本研究以双壳类软体动物红树林蚶（Anadara tuberculosa）作为哨兵物种，评估了巴拿马太平洋沿岸三个地点（Río Santa María、Cuchilluyo和Montijo）的健康状况。研究采用了多水平生物标志物方法，将化学分析与生化和组织学生物标志物相结合。除砷外，整个软组织中的金属浓度总体处于低至中等水平；所有地点的多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）浓度均较低，且以低分子量化合物为主。生物标志物响应与化学数据一致，来自Montijo的蚶表现出较低的谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase，GST）活性和较低的氧化性DNA损伤。组织学分析仅发现轻度改变，包括消化腺结缔组织的血细胞浸润和萎缩，未见重大生殖损伤。总体而言，结果表明研究区域处于低至中等污染水平，其中Montijo是受影响最小的地点。该研究支持A. tuberculosa作为哨兵物种的适用性，以及多水平生物标志物方法在评估热带沿海生态系统环境健康方面的相关性。

论文解读

一、研究背景与目的

热带沿海生态系统是地球上生产力最高、生物多样性最丰富的环境之一，但正面临日益加剧的人为压力。巴拿马共和国位于加勒比海与太平洋之间，其太平洋沿岸承受显著的污染物输入，尤其是雨季时河流将陆源径流携带至沿海水域，加之巴拿马运河带来的密集海上交通，增加了碳氢化合物和重金属污染风险。然而，针对巴拿马太平洋沿岸的环境健康状况缺乏系统性监测研究。为此，研究人员采用哨兵物种策略，选择红树林蚶（Anadara tuberculosa）作为指示生物。该物种是美洲太平洋红树林特有的滤食性双壳类，广泛分布于泥质底质，且被当地人群大量食用，具有重要的社会经济意义。本研究旨在通过多水平生物标志物方法，结合化学分析与生化、组织学指标，评估巴拿马太平洋沿岸三个地点的环境健康状况，并探讨该物种作为哨兵物种的适用性。该研究发表于《Toxics》期刊。

二、主要技术方法

研究人员于2024年5月第一周在三个地点（Río Santa María、Cuchilluyo和Montijo）采集A. tuberculosa样本（每地点30只）。化学分析方面，采用电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）测定15种金属，采用气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）测定16种优先多环芳烃（PAHs）。生化分析方面，在消化腺和鳃中测定过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase，AChE）活性。组织学分析方面，制备消化腺、生殖腺和鳃的切片，进行苏木精-伊红染色及8-氧代-7,8-二氢-2'-脱氧鸟苷（8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine，8-oxodG）免疫组化染色，评估组织病理改变和DNA氧化损伤。此外，估算人体通过食用该贝类的每日摄入量（estimated daily intake，EDI）、目标危险商数（target hazard quotient，THQ）、危害指数（hazard index，HI）和癌症风险（target cancer risk，TR）。

三、研究结果

3.1 生物特征参数

来自Montijo的蚶体型更大，长度和宽度均高于其他两地，贝叶斯方差分析支持地点间差异（长度BF₁₀ = 4.0 × 10⁶，宽度BF₁₀ = 8.0 × 10⁶），但长宽比无明显差异。

3.2 化学测量

金属浓度总体低至中等，其中砷（As）浓度相对较高，尤其在Río Santa María和Cuchilluyo；Montijo的镉（Cd）、汞（Hg）、硒（Se）、锌（Zn）等金属浓度较低。PAHs浓度在所有地点均较低，以低分子量化合物为主，低分子量/高分子量比值均大于1，指示石油源输入为主，但部分比值也显示混合来源。风险评估显示，As、Cd、铬（Cr）在所有地点的TR值均超过可接受阈值（1 × 10^?4），提示潜在致癌风险，而PAHs的TR值均低于可接受阈值。

3.3 生化测量

AChE和CAT活性在各地点间无显著差异；GST活性呈现明显地点差异，Montijo蚶的GST活性最低，而Río Santa María和Cuchilluyo较高，尤其在鳃中，表明后者面临更高的解毒需求。

3.4 组织学分析

生殖腺发育阶段在各地点间相似，多数个体处于成熟或排放期，无重大生殖损伤。消化腺出现轻度萎缩（萎缩指数约为3），血细胞浸润在Cuchilluyo和Montijo中可见，但病变程度较轻。

3.5 8-oxodG免疫组化与主成分分析

8-oxodG染色在消化腺上皮细胞核中检测到，Montijo个体的氧化性DNA损伤水平最低，Cuchilluyo最高，Río Santa María居中，贝叶斯分析显示强地点效应（BF₁₀ = 12.65）。主成分分析（principal component analysis，PCA）显示前两个维度解释了70.49%的方差，将东部地点（Río Santa María、Cuchilluyo）与Montijo区分开，与As、Hg、萘（NaP）、芘（Pyr）等污染物及GST、8-oxodG指标相关。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究的金属浓度与中美洲太平洋沿岸其他地区相当或更低，但As的较高浓度可能归因于自然地质沉积物风化、沉积物再悬浮或历史残留的砷农药等，提示需进一步溯源。PAHs浓度低于欧盟监管限值，来源可能为石油源与燃烧源的混合。生物标志物响应与化学数据一致，GST和8-oxodG的升高指示Río Santa María和Cuchilluyo存在亚细胞水平的氧化应激。组织病理改变轻微，与低污染水平相符。研究结论为：巴拿马太平洋沿岸A. tuberculosa的金属（除As）和有机污染物总体处于低至中等水平，组织病理改变轻微，无重大生殖损伤；Montijo为受影响最小的地点。该研究证实了A. tuberculosa作为哨兵物种的适用性，并初步建立了多水平生物标志物评估体系，为巴拿马太平洋沿岸生态系统健康监测提供了基础数据。未来需建立各生物标志物的基线值，评估季节性变化，并获取巴拿马本地贝类消费数据以细化健康风险评估。