温度变化对卤虫Artemia franciscana生活参数、氧化应激、抗氧化防御系统及热休克蛋白(hsp)基因表达的影响

《Aquaculture Reports》：Influence of temperature changes on life parameters, oxidative stress, antioxidant defense system, and expression of heat shock protein ( hsp) genes in the brine shrimp Artemia franciscana

　　

为研究温度胁迫对卤虫Artemia franciscana的影响，研究人员检测了温度变化下的生活参数（生长[体长]和孵化率）、活性氧（reactive oxygen species, ROS）、抗氧化酶活性（如谷胱甘肽S-转移酶[glutathione S-transferase, GST]、过氧化氢酶[ catalase, CAT]和超氧化物歧化酶[superoxide dismutase, SOD]）以及热休克蛋白（heat shock protein, hsp）基因的转录调控。在温度变化下，观察到体长和孵化成功率发生显著变化。活性氧（ROS）水平和抗氧化酶活性的变化被诱导，表明ROS介导的防御系统激活，对A. franciscana的生长和孵化成功率产生有害影响。此外，四个hsp基因（hsp26、hsp40、hsp70和hsp90）的转录调控随温度变化显著调节。特别是，hsp40、hsp70和hsp90在温度变化下显著增加，表明hsp基因在细胞防御机制中起关键作用，hsp40、hsp70和hsp90可能作为温度胁迫的分子生物标志物。综上所述，研究人员认为温度变化可诱导氧化应激，导致卤虫A. franciscana抗氧化和应激防御机制的调节。总体而言，本研究结果将有助于更好地理解温度变化对卤虫Artemia体长及抗氧化防御系统和hsps的分子生物学响应的影响。

全球变暖导致海洋温度持续上升，对海洋生物和生态系统构成严重威胁。温度是海洋环境中最重要的物理因子之一，直接影响海洋生物的代谢、发育、种群增长和繁殖等生理过程。已有研究表明，温度胁迫会扰乱水生生物的正常生理功能，例如导致杂交鲟幼鱼体重和生长率下降、草鱼幼鱼生长性能受损、菲律宾蛤仔繁殖受阻等。然而，关于温度变化如何通过氧化应激影响海洋无脊椎动物的抗氧化防御系统和分子响应，尤其是将表型结果与体内研究关联起来的工作仍然有限。卤虫（Artemia franciscana）是一种生活于高盐湖泊的甲壳动物，具有适应极端环境的能力，并已作为模式生物广泛用于海洋生态毒理学评估。但温度变化对其生理和分子水平的影响，包括抗氧化防御机制，尚不清楚。因此，研究人员设计了本研究，旨在探讨不同温度对A. franciscana体长、孵化率、活性氧（ROS）水平、抗氧化酶活性及热休克蛋白（hsp）基因转录的影响。

研究人员所用卤虫囊肿来自美国大盐湖（INVE Aquaculture, Inc., Ogden, UT, USA），在32 psu人工海水中孵化后，将初孵无节幼体分别暴露于15、20、25（对照）和30℃。体长在20天内每48小时测量，孵化率在24h和48h计数。ROS水平采用2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（H₂DCFDA）荧光探针检测；谷胱甘肽S-转移酶（GST）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性用商品化试剂盒测定；hsp26、hsp40、hsp70和hsp90的转录水平通过实时荧光定量PCR（qRT-PCR）分析，以延伸因子1α（EF-1α）为内参基因，采用2^?ΔΔCt法计算相对表达量。实验均设三重复，数据用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey检验进行统计（P<0.05）。

研究结果如下。

3.1 温度对体长和孵化率的影响

体长测量显示，15℃处理组在10天内体长显著小于对照组（P<0.05），但在20天后体长显著增加；20℃和30℃处理组与25℃对照相比无统计学显著差异。在孵化率方面，15℃和20℃处理在24h和48h均显著抑制卤虫囊肿孵化（P<0.05），而30℃处理组无显著影响。这表明低温和亚适宜温度会延缓早期发育，而本研究所用的较高温度（30℃）未显著影响体长和孵化。

3.2 活性氧水平和抗氧化酶活性

暴露24h后，15℃和20℃处理显著降低细胞内ROS水平，而30℃暴露显著升高ROS水平。GST活性在15℃显著升高，在20℃降低；CAT活性在20℃显著低于对照；SOD活性在15℃和30℃升高，在20℃降低。这些结果说明温度变化诱导了氧化应激，并激发了不同的抗氧化酶响应，且低温与高温的应答模式存在差异。

3.3 热休克蛋白基因的转录调控

在3、6、12、24h各时间点，四个hsp基因的转录水平均显著变化。hsp26在所有温度下整体下调；hsp40在3h时短暂上调，随后下降；hsp70和hsp90在暴露早期即显著上调，并在30℃时达到最高表达峰值。该表达模式提示hsp40、hsp70和hsp90可能参与温度胁迫下的细胞保护机制，并可作为温度应激的分子生物标志物。

讨论部分，研究人员指出温度变化引起的体长和孵化率改变与氧化应激密切相关。低温下ROS水平降低但GST和SOD活性升高，说明机体可能主动增强抗氧化防御以应对冷胁迫；高温下ROS增加，CAT和SOD协同作用清除过量自由基，从而保护细胞免受氧化损伤。hsp70和hsp90的显著上调与其他海洋无脊椎动物在热应激下的反应一致，支持其作为温度胁迫生物标志物的适用性；hsp26和hsp40的下调可能涉及卤虫滞育调控机制。研究结论：温度变化影响A. franciscana的体长、孵化率、ROS水平、抗氧化酶活性及hsp基因转录；温度变化可诱导氧化应激，进而调节抗氧化防御系统和应激防御机制。本研究为理解卤虫对温度变化的适应性机制提供了重要数据，相关成果发表在《Aquaculture Reports》。