从胚胎到性成熟:高污染情景下慢性 BPA 暴露诱发海青鳉(Oryzias melastigma)的多器官毒性

《Marine Pollution Bulletin》:From embryo to sexual maturity: chronic BPA exposure under elevated contamination scenarios induces multi-organ toxicity in marine medaka ( Oryzias melastigma)

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月02日 来源:Marine Pollution Bulletin 4.9

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   •从胚胎到性成熟的慢性 BPA 暴露导致海洋青鳉多器官毒性。•高浓度 BPA 显著降低了胚胎心率和孵化成功率。•BPA 导致肝脏、性腺和肠道出现组织病理学损伤。•BPA 改变了抗氧化防御以及神经/生殖内分泌相关基因的表达•雌性肠道微生物群失调比雄性更为明显。引言双酚 A (B

  
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    从胚胎到性成熟的慢性 BPA 暴露导致海洋青鳉多器官毒性。
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    高浓度 BPA 显著降低了胚胎心率和孵化成功率。
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    BPA 导致肝脏、性腺和肠道出现组织病理学损伤。
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    BPA 改变了抗氧化防御以及神经/生殖内分泌相关基因的表达
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    雌性肠道微生物群失调比雄性更为明显。

引言

双酚 A (BPA) 是产量最大的工业化学品之一,广泛用于制造聚碳酸酯塑料和环氧树脂 (Marchiandi et al., 2024; Martín-Gómez et al., 2024; Weiss et al., 2024)。由于其在消费品和工业材料中的广泛应用,BPA 在生产、使用和处置过程中持续释放到环境中,导致其广泛存在于土壤、河流、河口、海水、沉积物和垃圾渗滤液中 (Wang et al., 2025a, Wang et al., 2025b; Gil-Solsona et al., 2022; Li et al., 2018; Ozhan and Kocaman, 2019; Rotimi et al., 2021; Yamamoto et al., 2001; Narevski et al., 2021; Kwon et al., 2020; Zhang et al., 2022)。BPA 已在广泛的浓度范围内在水生环境中被检测到。在中国,小清河北岸河流中的 BPA 平均浓度达到 4.4 μg/L (Li et al., 2018);在土耳其北部地中海沿岸,BPA 在海洋和河流环境中均被检测到,海水中浓度范围为 4.16 至 16.92 μg/L,河水中为 4.62 至 29.92 μg/L (Ozhan and Kocaman, 2019)。在非洲污染更严重的水生环境中,报告的自然水 BPA 浓度高达 251 μg/L,未经处理的废水中发现高达 384.3 μg/L (Rotimi et al., 2021)。此外,据报道 BPA 在日本垃圾渗滤液中的浓度为 1.3–17,200 μg/L,在东南欧三个垃圾填埋场的渗滤液中为 700–2720 μg/L,其中 BPA 水平升高与微塑料污染增加有关,进一步表明塑料产品是环境中 BPA 的重要来源 (Narevski et al., 2021; Yamamoto et al., 2001)。值得注意的是,全球海滩沙样品的 BPA 浓度 (4247 ± 12,839 μg/kg) 明显高于海水 (32.9 ± 71.9 μg/L),希腊海滩记录的最高值高达 215,133 μg/kg (Kwon et al., 2020)。BPA 随后从沿海沙子运输到海洋环境中构成了额外威胁,进一步加剧了海洋污染。
BPA 被认为是一种典型的内分泌干扰物,具有雌激素样活性,已被证明可在脊椎动物和水生生物中诱导广泛的毒性效应 (Liu et al., 2021)。越来越多的证据表明,它具有明显的生殖毒性,诱导哺乳动物 (包括小鼠 (Nakano et al., 2016; Shi et al., 2019) 和恒河猴 (Hunt et al., 2012)) 和硬骨鱼类 (如金鱼 (Wang et al., 2019) 和斑马鱼 (Danio rerio) (Molina et al., 2018; Sun et al., 2019)) 的性腺损伤、激素失调、配子质量受损以及与生殖相关基因表达的异常。此外,关于男性不育的流行病学研究已确定尿液中 BPA 浓度与精子 DNA 损伤严重程度之间存在正相关 (Adoamnei et al., 2018; Mantzouki et al., 2019) BPA 还表现出神经毒性 (Tiwari et al., 2016; Zheng et al., 2022) 和免疫毒性 (Tang et al., 2020; Malaisé et al., 2020; Qian et al., 2023),并被认为与胚胎 (Narciso et al., 2019; Strakovsky and Schantz, 2018) 和骨骼发育 (Chin et al., 2018; Zhu et al., 2022) 的破坏有关。这些发现表明,BPA 毒性不仅限于单个器官或途径,可能涉及多个生理系统的协调破坏。
与淡水系统相比,尽管海岸和河口生态系统是陆源污染物的重要汇,但在 BPA 毒理学中受到的关注较少 (Gil-Solsona et al., 2022; Kwon et al., 2020; Li et al., 2018; Narevski et al., 2021; Ozhan and Kocaman, 2019; Rotimi et al., 2021; Yamamoto et al., 2001; Ye et al., 2025; Zhang et al., 2022; Zhao et al., 2019)。海洋青鳉 (Oryzias melastigma) 是海洋生态毒理学的重要模型物种,因为它体型小、生命周期短、实验室培养稳定且对环境污染物敏感。以前在海洋青鳉中的研究已经表征了不同暴露窗口下 BPA 和相关双酚的毒性。比较研究表明,BPA 及其类似物对发育、行为、肝脏损伤、内分泌调节和肠道微生物群既有共同效应也有特定化合物的效应 (Huang et al., 2017; Li et al., 2022, Li et al., 2023; Chen et al., 2024)。此外,全生命周期暴露研究提供了海洋青鳉中 BPA 代谢和生殖毒性的重要信息 (Huang et al., 2018)。这些研究已经确立了关于个体毒性终点和比较双酚毒性的实质性知识。鉴于 BPA 在水生环境中持续广泛存在,本研究因此不是为了进一步对 BPA 与其替代品进行排名,而是为了在一个从胚胎发生到性成熟的连续暴露队列中建立 BPA 特异性的综合慢性反应谱,结合发育、行为、多器官组织病理学、氧化应激、内分泌相关转录和肠道微生物群终点。
从胚胎到性成熟的时期涵盖了几个关键的生物学过程,包括胚胎发生、器官发育、躯体生长、行为建立、性腺分化和生殖成熟。因此,在这个窗口期内的干扰可能会产生短期测试无法完全捕获的累积和多器官毒性效应。基于 BPA 在受污染水生系统中的环境发生情况 (Li et al., 2018; Ozhan and Kocaman, 2019; Yamamoto et al., 2001; Rotimi et al., 2021; Narevski et al., 2021) 和以前在海洋青鳉中的 BPA 相关研究 (Chen, 2023; Li et al., 2023, Li et al., 2022),本研究选择名义暴露浓度为 50 和 200 μg/L (实测浓度:40.4 和 161.9 μg/L),以代表升高的污染场景和热点状暴露条件,而不是海水中的平均背景水平。在本研究中,海洋青鳉从胚胎阶段到性成熟阶段慢性暴露于 BPA,并整合多个终点来评估发育性能、成鱼行为和生长、组织病理学改变、氧化应激反应、转录破坏和肠道微生物群变化。通过采用这一框架,本研究旨在表征在升高污染场景下 BPA 的慢性多系统危害,并识别从胚胎到性成熟连续发育期间的反应性生物系统。

章节摘要

伦理声明

所有涉及动物的实验程序均严格按照实验动物护理和使用指南进行,并正式获得广东海洋大学动物研究和伦理委员会批准 (批准号:20230315)。本研究不涉及任何濒危或保护物种。

化学品及暴露溶液制备

BPA 储备液 (5 mg/mL 和 20 mg/mL) 用二甲基亚砜 (DMSO; 分析纯) 制备,并在 -20 °C 黑暗处储存直至使用。暴露

暴露浓度验证及对胚胎发育的影响

对照组未检测到 BPA。低浓度组和高浓度组的 BPA 平均实测浓度分别为 40.4 μg/L 和 161.9 μg/L,这些值用于后续分析 (表 1)。
BPA 暴露影响了海洋青鳉的胚胎发育 (图 1)。暴露 5 天后,与对照组相比,161.9 μg/L 组的胚胎心率显著降低 (P < 0.05),而 40.4 μg/L

BPA 影响胚胎发育、成鱼生长和行为

慢性 BPA 暴露损害了海洋青鳉的胚胎发育,表现为 161.9 μg/L 时心率和孵化成功率显著降低。这些发现与 BPA 暴露后在斑马鱼中报道的发育毒性一致 (Li et al., 2024; Scopel et al., 2021; Han et al., 2024)。然而,在本研究中,发育效应在高浓度下更为明显,而低浓度仅导致孵化率下降趋势

结论

从胚胎到性成熟的慢性 BPA 暴露导致海洋青鳉多器官毒性。高浓度下 BPA 显著损害胚胎发育,并与成鱼运动活动的方向性变化、雄性体重增加、肝脏、性腺和肠道病理性损伤、抗氧化防御减弱、神经和生殖内分泌相关基因表达变化以及肠道微生物群失调有关。几种反应显示

CRediT 作者贡献声明

李扬美:写作 – 审阅 & 编辑,写作 – 初稿,验证,软件,方法论,数据整理。张幻:写作 – 初稿,软件,数据整理。秦林:写作 – 初稿,软件,数据整理。刘君毅:写作 – 初稿,软件,数据整理。肖文阳:写作 – 初稿,软件,数据整理。张宁:写作 – 初稿,验证,监督。李再亮:写作 – 初稿,验证,监督。

竞争利益声明

作者声明无竞争利益。

致谢

本研究得到了 国家自然科学基金 (41806195)、广东省自然科学基金 (2025A1515010893)、广东海洋大学 科学研究启动资金计划 (060302022401)、广东海洋大学 本科生创新团队 (CXTD2023004) 和 广东海洋大学 研究生教育创新项目 (202650) 的支持。
李扬美 |张幻 |秦林 |刘君毅 |肖文阳 |张宁 |李再亮 |张艳平 |郭宇松 |王仲多 |董钟典
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