苯并噻唑在斑马鱼幼虫（Danio rerio）中的结构依赖性视觉毒性机制

《Journal of Hazardous Materials》：Structure-dependent visual toxic mechanisms of benzothiazoles in zebrafish larvae ( Danio rerio)

【字体：大中小】 时间：2026年09月02日 来源：Journal of Hazardous Materials 10.6

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　　摘要视觉是大多数动物的主要感官功能，对其生存至关重要。苯并噻唑 (BTs) 广泛应用于各种工业领域，并经常在各种环境介质中被检测到。然而，目前对其视觉毒性的了解仍然有限。在本研究中，选择了三种典型的 BTs，2-巯基苯并噻唑 (MBT)、2-羟基苯并噻唑 (2-OH-BTH)

摘要

视觉是大多数动物的主要感官功能，对其生存至关重要。苯并噻唑 (BTs) 广泛应用于各种工业领域，并经常在各种环境介质中被检测到。然而，目前对其视觉毒性的了解仍然有限。在本研究中，选择了三种典型的 BTs，2-巯基苯并噻唑 (MBT)、2-羟基苯并噻唑 (2-OH-BTH) 和 2-氨基苯并噻唑 (2-ABTH)，以探索其在斑马鱼幼虫中的视觉毒性及机制。结果表明，这三种 BTs 均抑制了眼睛发育并抑制了幼虫的视动反应。2-ABTH 和 2-OH-BTH 引起的损伤可分别归因于氧化应激和 GABA 能信号的过度激活，而 MBT 通过这两条途径发挥毒性作用。密度泛函理论计算表明，MBT 和 2-ABTH 比 2-OH-BTH 具有更高的反应性，这为其诱导氧化应激的更高效力提供了潜在解释。此外，分子对接和分子动力学模拟表明，MBT 和 2-OH-BTH 可以与 Gabrb3 形成稳定的复合物，这可能是 GABA 能信号增强的原因。这些发现为阐明不同 BTs 潜在的不同视觉毒性机制提供了新的见解。

引言

近年来，由于有毒添加剂释放到环境中，轮胎磨损颗粒 (TWPs) 引起了广泛关注 [1]。苯并噻唑 (BTs) 是一类在轮胎制造中广泛用作硫化促进剂的化合物，据报道是 TWPs 浸出液中最丰富的化学物质，浓度范围为 24 至 91?μg/L [2]。此外，BTs 也已应用于许多其他产品，包括杀菌剂、缓蚀剂、除草剂和抗癌药物，这导致其在各种环境介质中无处不在 [3]。以前的研究报告指出，地表水中检测到的主要 BTs 包括苯并噻唑 (BTH, 68.8–502?ng/L)、2-巯基苯并噻唑 (MBT, 6.12–422?ng/L)、2-羟基苯并噻唑 (2-OH-BTH, 111–1993 ng/L) 和 2-氨基苯并噻唑 (2-ABTH, 2.3–22.4?ng/L) [4]。值得注意的是，地表径流中检测到更高浓度，其中 MBT、2-OH-BTH 和 2-ABTH 分别达到 4.31?μg/L、34.43?μg/L 和 2.16?μg/L [5]。目前，对 BTs 的全球监管仍处于起步阶段，只有少数国家采取了相关控制措施。例如，中国已将 MBT 列入“高污染和高环境风险”产品清单 [6]。德国环境保护局已将 BTH 归类为潜在持久性、迁移性和毒性 (PMT) 物质 [7]。

BTs 在环境中的无处不在不可避免地导致人类的高暴露风险。据报道，BTs 存在于尿液、血清和其他人类生物样本中 [8]，[9]，[10]，[11]。在 BTs 中，2-OH-BTH 是最频繁检测到和主要的化合物，在尿液样本中检测到的最高浓度为 34?μg/L [12]。流行病学调查已证实 BTs 与多种不良健康结果有关，包括妊娠期血压升高 [13]、甲状腺激素稳态紊乱 [14] 和后代表观神经发育受损 [15]。毒理学研究也报道了 BTs 的多种毒性作用。Gu 等人发现，长期暴露 (120 天) 于 50?μg/L 2-ABTH 可导致斑马鱼 (Danio rerio) 脑组织氧化应激，扰乱 γ-氨基丁酸 (GABA) 和 5-羟色胺 (5-HT) 的合成，并显著损害其认知行为 [16]。2-OH-BTH 已被证明可诱导斑马鱼幼虫发育畸形，包括脊索畸形、心包水肿和卵黄囊水肿 [17]。暴露于 MBT 的驼背鱼 (Pimephales promelas) 表现出甲状腺过氧化物酶 (TPO) 转录表达抑制和 T3/T4 水平降低 [18]。

作为主要感觉系统，视觉是大多数动物外部信息的主要来源，对个体生存和种群稳定至关重要 [19]，[20]。由于视觉系统直接暴露于外部环境中，它已成为外源性污染物的敏感靶标 [21]，[22]。与啮齿动物相比，斑马鱼与人类在视网膜结构和视觉生理上具有更大的相似性 [23]。它们经历快速、模式化的视网膜发育，并在早期发育阶段获得功能性视觉，这便于在胚胎发生期间进行暴露干预 [24]。同时，幼虫的透明性使得能够无创、实时追踪眼睛的形态变化。已有成熟的视觉行为测定法可用于评估视觉功能障碍 [25]。这些优势使斑马鱼成为研究污染物诱导视觉毒性的理想模型。据报道，多溴二苯醚 (PBDEs) 和有机磷酸酯阻燃剂 (OPFRs) 会扰乱斑马鱼幼虫的光感受器模式化和色觉 [26]，[27]，而多环芳烃 (PAHs) 被发现影响米勒细胞并导致视觉功能下降 [28]。有限的现有研究表明 BTs 可能具有视觉毒性。据报道，MBT 会导致鸡胚无眼 [29] 并减小斑马鱼幼虫的眼睛大小 [30]。另一项研究强调了 2-ABTH 对斑马鱼的显著心脏毒性，然而转录组数据的 GO 和 KEGG 富集分析鉴定出几个与视觉相关的术语，暗示 2-ABTH 也可能导致视觉损伤 [31]。总体而言，目前关于 BTs 视觉毒性的知识仍然稀缺，其潜在机制仍知之甚少。

在本研究中，选择了三种代表性 BTs (MBT、2-OH-BTH 和 2-ABTH)，它们在噻唑环 C2 位置的取代基不同，以调查其对斑马鱼幼虫视觉系统的潜在不良影响。这三种 BTs 均能抑制斑马鱼幼虫的眼睛发育并损害其视觉功能。我们进一步发现，这些 BTs 导致不同程度的氧化应激和 GABA 能信号的过度激活，这可归因于噻唑环 2 位取代基的不同。本研究的发现可以为阐明不同 BTs 的视觉毒性机制提供新视角。

章节片段

化学药品和试剂

MBT (CAS 号 149-30-4, 纯度 ≥ 98%), 2-OH-BTH (CAS 号 934-34-9, 纯度 ≥ 98%), 和 2-ABTH (CAS 号 136-95-8, 纯度 ≥ 97%) 购自阿拉丁 (中国)。印防己毒素 (Bicuculline) (CAS 号 485-49-4, 纯度 ≥ 99.9%) 购自 MedChemExpress (美国)。二甲基亚砜 (DMSO, CAS 号 67-68-5, 纯度 ≥ 99.5%) 和 1-苯基 -2-硫脲 (PTU, CAS 号 103-85-5, 纯度 ≥ 98%) 购自 Sigma-Aldrich (美国)。本研究中使用的所有试剂均为分析纯。

斑马鱼饲养和化学暴露

野生型斑马鱼

BTs 抑制斑马鱼幼虫的眼睛发育并损害视觉功能

我们首先检查了三种 BTs 对斑马鱼幼虫的发育毒性。如图 1A 所示，MBT 显示出最强的急性毒性，其次是 2-ABTH 和 2-OH-BTH。MBT 和 2?ABTH 在 120 hpf 时的 LC₅₀ 分别为 967?μg/L 和 2617?μg/L (图 S1)。此外，在 120 hpf 时 5000?μg/L 2-ABTH 暴露组中存活的幼虫表现出多种畸形，如心包水肿、颌部畸形、小眼症、鱼鳔充气受损和脊柱弯曲，伴有 a

讨论

在本研究中，我们利用斑马鱼作为模式生物来研究 MBT、2-OH-BTH 和 2-ABTH 的视觉毒性。暴露于 500?μg/L 的三种 BTs 显著抑制了斑马鱼幼虫的眼睛发育，而环境相关浓度 (5?μg/L) 即可损害幼虫的视觉功能。尽管这三种 BTs 具有高度相似的分子结构，仅噻唑环上的一个取代基不同，但它们的毒性机制并不

重要性声明

近年来，轮胎衍生物污染物引起了越来越多的关注。苯并噻唑 (BTs) 是最丰富的轮胎添加剂化学物质之一，并广泛在各种环境介质中被检测到。视觉系统对个体生存和种群稳定至关重要，已成为环境污染物的敏感靶标。在本研究中，我们以斑马鱼为模型，系统研究了三种典型 BTs 的视觉毒性及潜在机制。

环境意义

作为广泛使用的轮胎添加剂化学物质，苯并噻唑 (BTs) 经常在各种环境介质中被检测到。在本研究中，我们以斑马鱼为模式生物，研究了三种典型 BTs 的视觉毒性及潜在机制。所有三种 BTs 均抑制斑马鱼幼虫的眼睛发育并抑制视觉引导行为。这些 BTs 之间细微的结构差异导致了不同的毒性机制，包括氧化应激和

CRediT 作者贡献声明

徐婷: 验证，资源，资助获取。 包军安: 写作 - 初稿，可视化，验证，软件，方法论，形式分析，数据整理，概念化。 王焕: 验证，数据整理。 宋逸群: 方法论，数据整理。 顾杰: 资源，调查，概念化。 曹苗: 方法论，调查。 魏胜: 写作 - 审阅与编辑，监督，资助获取，概念化。 殷大强: 写作 - 审阅与编辑，

利益冲突声明

作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本论文中报告的工作。

致谢

这项工作得到了国家自然科学基金 (22236006 和 22506147) 和中国博士后科学基金 (2024M762427) 的支持。

竞争利益声明