四环唑对线粒体生物能量代谢和氧化还原平衡的破坏是斑马鱼出现生理和行为障碍的根本原因

《Aquatic Toxicology》：Disruption of mitochondrial bioenergetics and redox balance by tetraconazole underlies physiological and behavioral impairments in zebrafish

　　

摘要

四氯唑（Tetraconazole）是一种三唑类杀菌剂，在农业中广泛使用，并且经常在水生环境中被检测到，它可能会影响非目标生物。然而，其发育毒性及其作用机制仍不完全清楚。在本研究中，基于生理和行为变化以及相关的毒理学途径，探讨了四氯唑对斑马鱼胚胎发育的影响。四氯唑暴露会导致形态异常和线粒体功能障碍，表现为线粒体呼吸减少、活性氧产物增加，以及抗氧化酶基因和gpx1b的表达降低。此外，吖啶橙和TUNEL染色显示细胞凋亡增加，这得到了bcl2l1、bax和casp9表达失调的支持。同时，四氯唑调节Erk和Akt信号通路，并引起多器官毒性，这在心血管（cmlc2:dsRED和fli1a:EGFP）、神经（olig2:dsRED, gfap:EGFP和gad1b:EGFP）以及代谢器官（fabp10a:dsRED, elastase:EGFP和insulin:EGFP）的转基因报告基因系中得到了证实，显示出心脏功能、神经行为、血管发育和肝胰腺分化方面的缺陷。综上所述，这些发现表明四氯唑通过诱导线粒体功能障碍介导的氧化应激，并干扰生理和行为过程，成为斑马鱼胚胎的强效发育毒素，最终导致广泛的器官水平异常。

引言

三唑类杀菌剂是全球广泛使用的抗菌剂，应用于农业和医药领域，用于控制水果和蔬菜中的真菌疾病，以及治疗真菌感染（Lv等人，2017年）。此外，它们还用作木材防腐剂、防污剂和住宅草坪保护剂，从而通过多种途径释放到环境中。因此，三唑类杀菌剂经常在水体、土壤和人体生物样本中被检测到。其主要作用机制是抑制羊毛甾醇14α-去甲基化酶（CYP51），从而破坏对真菌膜形成至关重要的固醇生物合成；在哺乳动物中，这些化合物还可以调节多种代谢相关酶的活性（Goetz等人，2007年；Tully等人，2006年）。在各类三唑类杀菌剂中，四氯唑的环境持久性尤为显著，其半衰期（DT??）根据环境条件和土壤质地的不同介于44至1688天之间，表明其水解和光解过程较慢（Sulowicz等人，2016年）。2018-2019年间的监测研究表明，在巴西福尔摩索河中检测到四氯唑浓度高达0.118 μg/L（Guarda等人，2020年）。另一项2021年的研究分析了埃及八条农业水道的季节性样本，发现吉萨的浓度高达543.18 μg/L，坦塔的浓度为97.69 μg/L（Abdel-Motleb等人，2025年）。多项研究报道了四氯唑对非目标生物的负面影响，包括Daphnia magna的生长、繁殖和存活能力受损，以及哺乳动物中的线粒体功能障碍介导的细胞死亡（Aksakal等人，2025年；Jeong等人，2023年）。然而，水生脊椎动物的发育毒性及其作用机制仍不明确。

斑马鱼（Danio rerio）由于其体型小、胚胎发育迅速且易于进行基因操作，而被广泛用作模式生物（Adhish和Manjubala，2023年）。此外，它适合大规模和短期筛选，是评估化学毒性和安全性的有效模型（Chahardehi等人，2020年）。斑马鱼胚胎的大部分器官和组织发育在受精后120小时内完成，其信号通路和认知行为与哺乳动物有很强的相似性（Zhao等人，2024年）。因此，斑马鱼是一种有价值的脊椎动物模型，可与小鼠相媲美，适用于生物学和毒理学研究（He等人，2014年）。基于这些优势，本研究使用斑马鱼模型来评估化学物质暴露引起的毒性。

章节片段

斑马鱼的饲养和卵子收集

斑马鱼的野生型和转基因模型来自韩国的荧光报告斑马鱼合作中心（FRZCC）。本研究使用的斑马鱼在27.5 ± 1°C、pH值为7.5 ± 0.5的条件下，在自动循环饲养系统中饲养，光照周期为12小时黑暗/12小时光照（Hong等人，2024b）。斑马鱼每天喂食两次，晚上以1:1或1:2的雌雄比例放入繁殖箱中。第二天早上收集卵子并清洗三次。

四氯唑导致斑马鱼胚胎形态畸形

为了评估暴露于四氯唑的斑马鱼的存活情况，将斑马鱼分别用0、2、5、10、20、50和100 mg/L的四氯唑处理长达96小时，每24小时记录一次死亡率（图1A）。四氯唑的半数致死浓度（LC??）计算为12.36 mg/L。后续实验在0、2、4和8 mg/L的暴露浓度下进行。为了评估斑马鱼胚胎的自发运动和发育进展，测量了孵化率。

讨论

三唑类杀菌剂占全球杀菌剂市场的约25%，在农业和医药领域得到广泛应用。它们通过多种途径进入水生环境，并在水体和废水处理厂中被检测到（Bian等人，2025年）。这些杀虫剂的过度使用会对土壤和水生生态系统产生毒性影响，其持久性和影响因物种而异（Kweon等人，2025年；Roman等人，2022年）。

结论

暴露于四氯唑会导致斑马鱼胚胎的发育毒性。值得注意的是，随着四氯唑浓度的增加，幼体会出现明显的形态缺陷，体型显著减小，心包和卵黄囊区域肿胀，心脏、血管网络、大脑、肝脏和胰腺等关键器官的功能受到干扰。鉴于胚胎发育过程中各器官系统的高度相互依赖性，肝脏和胰腺的功能受到严重影响。

作者贡献

Taeyeon Hong：方法论、验证、研究、撰写——初稿、可视化、资金筹集；Hojun Lee：方法论、验证、研究、数据管理、撰写——初稿；Wooyoung Jeong：概念构思、验证、撰写——审稿与编辑、监督、项目管理；Gwonhwa Song：概念构思、验证、撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集；Whasun Lim：概念构思、方法论。

CRediT作者贡献声明

Taeyeon Hong：撰写——初稿、可视化、验证、方法论、研究、资金筹集；Hojun Lee：撰写——初稿、验证、方法论、研究、数据管理；Wooyoung Jeong：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集、形式分析；Gwonhwa Song：撰写——审稿与编辑、监督、资金筹集、概念构思；Whasun Lim：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理。

Taeyeon Hong | Hojun Lee | Wooyoung Jeong | Gwonhwa Song | Wasun Lim韩国成均馆大学理学院生物科学系，水原16419