《Environmental Science & Technology》：Digging into Understudied Sediments: What Lumbriculus variegatus Reveals about Fluoxetine Exposure from the Cellular to the Individual Level
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沉积物会积累持久性有毒化合物，但评估其对底栖物种的影响仍具挑战性。特别是抗抑郁药物如氟西汀(Sertraline)，因其沉积物亲和力及在低浓度下干扰神经内分泌功能的潜力而备受关注。本研究通过两次为期28天的沉积物暴露实验（0.00025–25 mg/kg），依
沉积物会积累持久性有毒化合物，但评估其对底栖物种的影响仍具挑战性。特别是抗抑郁药物如氟西汀(Sertraline)，因其沉积物亲和力及在低浓度下干扰神经内分泌功能的潜力而备受关注。本研究通过两次为期28天的沉积物暴露实验（0.00025–25 mg/kg），依据OECD 225指南并加以修改，探讨了沉积物栖息蠕虫Lumbriculus variegatus体内氟西汀的慢性效应。研究终点涵盖多个生物学水平，包括神经毒性生化标志物（胆碱酯酶(ChE)）、氧化应激（过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽S-转移酶(GST)、总谷胱甘肽(TG)）、损伤（脂质过氧化(LPO)）、能量代谢（脂质、糖类、蛋白质、电子传递系统(ETS)）、生理反应（耗氧量）、三种新型行为学测定（化学回避、摄食、趋光性）以及常规顶端终点（死亡率、生长、繁殖）。非传统终点在环境相关沉积物浓度下即出现效应。此外，氧化应激和行为反应作为氟西汀暴露的敏感终点，其敏感性显著高于常规终点如生长、繁殖和死亡率。通过整合跨生物学水平的响应，研究人员提出一个定性不良结局通路(AOP)，将分子和细胞事件与个体水平效应联系起来。研究结果表明，环境相关浓度的氟西汀可在L. variegatus中引发具有生态学意义的效应，而现行监管框架很可能忽视这些效应，这强调了在沉积物风险评估中纳入标准化行为学测定的必要性。
**论文解读：被忽视的沉积物——Lumbriculus variegatus揭示氟西汀从细胞到个体水平的多层次效应**
**一、研究背景与科学问题**
沉积物作为持久性、生物累积性有毒化合物的汇集地，其对底栖生物的影响评估一直是环境科学领域的挑战。 pharmaceuticals在通过污水处理厂排放后，大量吸附于沉积物中，对底栖生态系统构成潜在威胁。特别是抗抑郁药物，其使用量在2000至2019年间在欧洲增长超过两倍，其中以选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）如氟西汀（fluoxetine）和舍曲林（sertraline）为代表。这类药物通过抑制5-羟色胺转运体、提高突触间隙5-羟色胺水平，进而调节谷氨酸、多巴胺和乙酰胆碱等关键神经递质，产生神经内分泌干扰效应，影响水生生物行为和生理功能。
SSRI效应常呈现非单调剂量-反应曲线（NMDRCs），即低剂量效应可能在高剂量下消失或逆转，这使环境风险评价复杂化。传统监管框架依赖的常规终点（死亡率、生长、繁殖）可能不足以检测这些细微但关键的效应。因此，需要通过不良结局通路（AOP）框架，将分子和细胞水平的响应与更高生物学水平的不利结果联系起来。在此背景下，研究人员选择沉积物栖息寡毛纲蠕虫Lumbriculus variegatus作为模式生物——这是OECD指南中唯一推荐的沉积物栖息生物，具有功能性5-羟色胺受体和5-羟色胺系统，且其无性繁殖（architomy）被认为受表皮5-羟色胺免疫反应性神经环调控，特别适合SSRI暴露研究。
本研究旨在回答以下问题：1）慢性氟西汀暴露是否影响L. variegatus的生化、生理和行为终点？2）这些效应是否发生在环境相关浓度？3）非传统终点（NCEs）是否比常规终点更敏感？4）能否建立定性的AOP连接分子和细胞效应与个体水平响应？
**二、主要技术方法**
研究严格遵循OECD 225指南并加以修改，开展了两个独立的28天慢性暴露实验（Chronic I和Chronic II），覆盖0.00025至25 mg/kg的宽浓度梯度。暴露沉积物由75%沙、20%高岭土、4.5%泥炭和0.5%粉化桤木叶组成，采用批量加标方式制备。对于行为学测试，Chronic I评估了化学回避行为，Chronic II评估了摄食行为和趋光性行为。样本来源为商业供应商（NatureHolic GmbH, Germany）获得的Lumbriculus variegatus个体，在实验前经数月实验室驯化。研究测定了多层次的生物终点，运用过氧化氢酶、谷胱甘肽S-转移酶等生化指标反映氧化应激状态，以脂质过氧化测定氧化损伤，以胆碱酯酶活性指示神经毒性，采用蛋白质、糖类、脂质和电子传递系统评价能量代谢；此外还开展了耗氧量测定、三种新设计的行为学检测（铅污染沉积物回避、食物感知、光回避/趋光性），以及死亡率、生长和繁殖等常规终点评估。化学分析采用高效液相色谱-荧光检测法定量沉积物、孔隙水和上覆水中的氟西汀浓度。统计分析采用单因素方差分析评估浓度间的显著差异，结合Fisher精确检验验证行为学实验中蠕虫的空间分布。
**三、研究结果**
**3.1 化学分析结果**
化学分析表明，沉积物成功实现了氟西汀的加标，从0.025 mg/kg起可可靠定量。实测浓度介于标称值的24%至72%，两个最低浓度处理组（0.00025和0.0025 mg/kg）的氟西汀浓度低于检测限。上覆水和孔隙水中的氟西汀浓度总体极低，仅最高浓度组可定量检测，分别占化学物质总质量的1–3%和不足1%。
**3.2 生化终点**
整合生物标志物响应（IBRv2）显示，能量代谢中仅电子传递系统（ETS）活性受显著影响。ETS活性在最初三个氟西汀浓度下呈上升趋势，随后在最高浓度下降，在0.025与25 mg/kg之间存在最显著差异。蛋白质、脂质和糖含量未受显著影响。神经毒性标志物胆碱酯酶（ChE）活性平均为294 nmol/min/mg蛋白，氟西汀暴露未引起显著变化。相比之下，氧化应激标志物对氟西汀高度敏感：CAT活性是最敏感的标志物，仅在0.00025 mg/kg下显著增加；TG是第二大敏感标志物，在除两个最低浓度外的所有测试浓度下显著降低；GST在最高两个浓度下显著降低。LPO虽总体上存在处理间差异，但无单个处理与对照组相比达到显著差异。
**3.3 耗氧量**
对照组耗氧量平均为28 μg O?/mg生物/h，各氟西汀处理组间无显著差异。这一结果可能归因于L. variegatus作为沉积物栖息生物对波动氧环境的代谢适应能力，包括高糖原储备和在缺氧条件下维持能量生产的能力。
**3.4 行为学终点**
行为学检测的验证实验证实了双室设计的可靠性——对照蠕虫在无刺激条件下均匀分布。对照组蠕虫对铅污染沉积物表现出显著回避行为，表明测定系统有效。经0.025 mg/kg氟西汀预暴露的蠕虫表现出对铅污染沉积物的偏好而非回避，说明氟西汀损害了化学感觉功能。摄食行为检测中，对照组蠕虫显著偏好含食物沉积物，而所有经氟西汀预暴露的处理组均丧失了对食物区的选择偏好，尽管组间差异未达到统计显著。趋光性检测中，对照蠕虫在2分钟和5分钟时显著回避光照区域，而所有氟西汀处理组的光回避行为均显著减弱；特别是在2分钟时所有氟西汀处理组均表现出显著减少的回避响应，在5分钟时0.0025、0.025和0.25 mg/kg处理组仍显示行为改变。某些浓度下甚至观察到对光照区的偏好，暗示光回避行为的中断或逆转。
**3.5 常规终点**
所有处理组均未观察到死亡率。生长测定显示氟西汀暴露显著降低个体干重，从对照组的2.4 mg降至25 mg/kg处理组的1.4 mg（降低42%），在0.0025、0.25、2.5和25 mg/kg浓度下效应显著。繁殖方面，两个慢性实验的对照组均满足OECD验证标准（繁殖率≥1.8）。Chronic I中，0.25、2.5和25 mg/kg显著抑制繁殖；Chronic II中，仅在25 mg/kg时观察到显著抑制。两个实验中最高浓度组的最终蠕虫数量均减少约25–30%，表明繁殖效应在不同实验间存在100倍的效应浓度差异，可能反映L. variegatus在28天暴露期间经历两个繁殖阶段，存在生物变异。
**四、讨论与结论**
本研究将氟西汀对L. variegatus的毒性效应从分子事件到个体水平进行了系统整合，提出了包含分子起始事件（MIE）、关键事件（KEs）和不良结局（AOs）的定性AOP。尽管未直接测定5-羟色胺水平，但基于L. variegatus具有功能性5-羟色胺受体和内源性5-羟色胺的已知特征，以及观察到的多水平效应，研究人员提出5-羟色胺转运体抑制作为潜在MIE。氧化应激被确定为关键分子/细胞事件，CAT和TG是最敏感的终点，表明氟西汀诱导线粒体活性氧（ROS）产生，激活抗氧化防御机制（hormesis效应）。持续的ROS失衡可能导致细胞毒性，影响组织发育和功能，并最终降低繁殖成功率。能量代谢方面，仅ETS活性改变而整体储备未显著变化，可能归因于高营养饮食（TetraMin）帮助维持能量稳态，或依据动态能量预算理论，化学应激增加了维持成本而减少了可用于生长和繁殖的能量分配。
行为学终点研究揭示了具有重要生态学意义的效应。氟西汀损害了蠕虫对铅污染沉积物的化学回避能力，这可能增加其在污染环境中逃避化学应激源失败的风险。摄食行为检测中氟西汀处理组丧失食物感知偏好，直接影响种群动态。首次评估的趋光性行为显示氟西汀在环境相关浓度下破坏甚至逆转负趋光性（阴影偏好），增加被捕食风险。然而所有行为学检测均在氟西汀暴露后的恢复期进行，实际持续暴露下效应可能不同。
本研究的关键发现是：生长敏感性为NCEs的10倍弱、繁殖为1000倍弱、死亡率为325600倍弱，证明氧化应激和行为终点比常规终点敏感得多——在常规终点无显著效应的环境相关沉积物浓度下，NCEs即显示出显著变化。将NOECs值代入风险商（RQ）计算显示，基于环境相关沉积物浓度，考虑繁殖的RQ为1、化学回避为10、生长为100，远高于仅采用常规终点评估所得出的中等风险结论。这表明当前主要依赖常规终点的药物环境风险评估框架可能低估了沉积物栖息物种的生态风险。因此，研究人员建议将化学回避、摄食和趋光性三种行为学终点纳入OECD 225指南。
