二氧化氯通过硫醇氧化作用抑制沙门氏菌，并调节感染沙门氏菌的虹鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）的肝脏氧化还原反应及免疫应答

《Fish & Shellfish Immunology》：Chlorine dioxide suppresses Aeromonas through thiol oxidation and modulates hepatic redox–immune responses in Aeromonas salmonicida-infected rainbow trout ( Oncorhynchus mykiss)

　　

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  二氧化氯（ClO₂）能有效抑制虹鳟养殖中的主要细菌病原体。
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  研究显示，二氧化氯通过消耗细菌中的巯基（thiol）发挥其抗菌作用。
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  二氧化氯的暴露会改变鱼体的抗氧化防御机制和先天免疫酶的活性。
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  急性暴露明确了二氧化氯对虹鳟的毒性阈值。
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  本研究支持将二氧化氯作为一种非抗生素策略用于细菌性疾病控制。

引言

作为全球增长最快的食品生产领域，水产养殖在保障食品安全和促进经济发展方面发挥着至关重要的作用。然而，高密度养殖环境极易导致细菌和病毒等病原体的传播，从而引发疾病爆发并造成重大经济损失[1]，[2]。虹鳟（Oncorhynchus mykiss）是一种具有经济价值的大规模养殖鱼类；然而，集约化养殖系统经常遭遇细菌性疾病，对行业的可持续发展构成严重威胁。其中，Aeromonas hydrophila在水生环境中普遍存在，可引发虹鳟的移动性气单胞菌败血症，导致高死亡率及其它经济损失[3]，[4]。而Aeromonas salmonicida是虹鳟养殖中的主要病原体，会引起疖病，同样具有高死亡率和严重的经济影响。尽管已经开发出疫苗，但疾病暴发仍时有发生，迫使养殖户依赖抗生素治疗[5]，[6]。随着水产养殖业的集约化，抗菌素耐药性问题日益凸显，传统的控制措施面临巨大挑战[7]，[8]。

消毒剂在水产养殖中被广泛用作控制病原体和维护生物安全的关键工具[2]，[9]。其中，二氧化氯在水产养殖环境中表现出显著的病原体控制能力。一项针对白腿虾（Penaeus vannamei）的研究表明，1.0 ppm浓度的二氧化氯能有效降低培养水中的副溶血性弧菌（引发急性肝胰腺坏死病的病原体）和白斑综合征病毒的水平，从而显著降低感染引起的死亡率[10]。此外，在石斑鱼养殖中，虽然二氧化氯可以消灭Cryptocaryon irritans（白斑病的病原体），但它也会引起鱼鳃的明显应激反应和组织损伤[11]。这些发现表明，虽然二氧化氯具有很强的病原体控制效果，但其非选择性的氧化性质意味着在杀死病原微生物的同时，也可能对动物组织的结构、氧化还原平衡和微生态平衡产生不利影响。因此，在水产养殖中使用二氧化氯时，不能仅基于其病原体灭活效果进行评估；还必须全面考虑宿主的安全性和适当的应用浓度。

二氧化氯进入水中后主要以溶解态存在，并通过氧化作用灭活微生物。二氧化氯可通过多种途径影响巯基（thiol）的修饰状态，而细胞内的巯基在维持氧化还原平衡中起着核心作用。二氧化氯可以直接氧化谷胱甘肽（GSH），并诱导大肠杆菌中的MarR蛋白发生谷胱甘肽化，从而降低其结合DNA的能力[12]。此外，二氧化氯会迅速氧化NADH生成吡啶氯羟醇，干扰线粒体的电子传递和NADPH依赖的谷胱甘肽还原酶活性，最终破坏细胞内的巯基氧化还原平衡[13]。二氧化氯在水分解过程中产生的亚氯酸盐也可能与抗氧化酶（如谷胱甘肽S转移酶和过氧化氢酶）发生分子间相互作用；然而，其对海洋浮游动物的毒性更多是由于二氧化氯对呼吸和生化参数的直接影响[14]。鱼的鳃组织直接暴露在水环境之中[15]，而肝脏则是异生物质代谢和氧化还原调节的核心器官；过量暴露于二氧化氯可能优先损害鳃和肝脏[16]，[17]。因此，明确二氧化氯在抑制虹鳟主要病原体的同时是否破坏宿主的氧化还原平衡和免疫防御机制，是其在水产养殖中安全应用的关键前提。

本研究使用虹鳟及其主要细菌病原体来评估二氧化氯的抗菌活性及其可能的巯基靶标氧化机制。对于鱼类免疫学来说，更重要的是探讨二氧化氯如何在Aeromonas salmonicida感染期间影响宿主的氧化还原平衡、先天免疫功能和肝脏免疫代谢调节网络。通过结合抗菌实验、宿主生理评估、RNA测序（RNA-seq）和qRT-PCR验证，本研究旨在阐明宿主对二氧化氯干预的氧化还原-免疫反应机制。

章节摘要

实验设计

本研究旨在探究二氧化氯在虹鳟细菌感染期间的抗菌效果、宿主氧化还原-免疫反应及其分子调控机制。整个实验分为三个部分（见图1）。首先，使用肉汤稀释法确定了二氧化氯对常见细菌病原体的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），并在二氧化氯处理后测量了Aeromonas细胞的总巯基含量。

二氧化氯的抗菌效果

本研究测定了二氧化氯对虹鳟养殖中五种常见病原菌的MIC和MBC，结果显示不同菌株之间存在明显敏感性差异。二氧化氯对A. hydrophila和E. faecium的抗菌活性最强，其MIC和MBC分别为2 mg/L和4 mg/L。它也对A. salmonicida具有抑制作用，MIC和MBC分别为8 mg/L和16 mg/L。相比之下，S. aureus和A. baumannii对其敏感性较低

讨论

本研究显示，二氧化氯对与虹鳟相关的细菌病原体（包括A. hydrophila和A. salmonicida）具有强大的抑菌和杀菌作用，表明二氧化氯可作为控制虹鳟养殖中细菌性疾病的消毒剂候选物。作为一种强氧化剂，二氧化氯的抗菌作用通常与蛋白质氧化、酶活性丧失和细胞功能紊乱有关（Ogata, 2007）

总结与结论

本研究表明，二氧化氯通过巯基相关的氧化损伤抑制病原体，并同时调节虹鳟的氧化还原-免疫反应。低至中等浓度的二氧化氯暴露可诱导宿主的抗氧化和先天免疫反应，而过量暴露则会破坏谷胱甘肽平衡、加剧脂质过氧化，损害肝脏和鳃组织，并抑制免疫酶活性。在A. salmonicida感染期间，二氧化氯还改变了肝脏的免疫功能

CRediT作者贡献声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的竞争性财务利益或个人关系。

Baorui Cao|Yan Qin|Tianqing Huan|Junran Tan|Enhui Liu|Wei Gu|Gaochao Wang|Kaibo Ge|Yunchao Sun|Datian Li|Peng Fan|Min Liu|Gefeng Xu