《Plants》：Integrating Hormesis and Xenohormesis in Plants Through Fitness and Response Variables
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毒物兴奋效应（hormesis）是一种适应性反应，其经验特征表现为双相剂量-反应模式（biphasic dose–response pattern），即低水平或中等水平的胁迫可诱发刺激效应，而较高水平的胁迫则导致抑制或毒性效应。尽管双相剂量-反应模式为识别毒物
毒物兴奋效应（hormesis）是一种适应性反应，其经验特征表现为双相剂量-反应模式（biphasic dose–response pattern），即低水平或中等水平的胁迫可诱发刺激效应，而较高水平的胁迫则导致抑制或毒性效应。尽管双相剂量-反应模式为识别毒物兴奋效应提供了经验基础，但它并不一定能确定所观察到的反应的适应性意义。单个生理学、生物化学或分子变量可能表现出瞬时性或依赖于个体发育的反应；因此，与适合度（fitness）相关的结局可为评估毒物兴奋效应的生物学后果及其适应性意义提供一个整合性标准。目前，在相同的胁迫因子作用下，沿确定的剂量或强度梯度，同时评估植物的毒物兴奋效应表现以及由该胁迫诱导的生物活性化合物的异源毒物兴奋效应潜力（xenohormetic potential）的研究相对较少。此外，这种方法不足以解释毒物兴奋现象的复杂性。因此，有必要更精确地界定应如何评估毒物兴奋效应。这可以通过纳入与适合度相关的变量（如存活率、生长和繁殖能力）以及与胁迫适应所涉及的生理、生化和分子机制相关的响应变量来实现，从而提供一个可在概念上扩展至异源毒物兴奋效应（xenohormesis）的框架。将胁迫诱导的代谢物与消费者适合度的改善直接联系起来的证据仍然有限，这阻碍了从异源毒物兴奋效应潜力的角度对其进行解读。
1. 引言
毒物兴奋效应（hormesis）被描述为一种非线性适应过程，细胞及生物体通过该过程对递增的胁迫剂剂量和暴露时间作出反应。在低剂量或中等剂量及/或短暴露时间下，刺激会激活信号转导网络，调节基因表达、氧化还原代谢和保护性分子的合成，促进有益的生化及生理调整，直至达到最大适应水平。一旦超过剂量及/或暴露时间的临界阈值，这些防御机制便会饱和或失调，有益反应减弱，导致毒性或抑制效应。该过程可视为一种适应性反应形式，可能有助于进化适应。毒物兴奋效应的概念已从最初强调剂量转向日益关注适应，从而将分子层面的见解与更广泛的毒物兴奋效应概念联系起来。早期定义强调了剂量在决定暴露产生有益、抑制还是毒性效应方面的重要性。随后，毒物兴奋效应被描述为由潜在有毒物质的亚抑制剂量诱导的刺激效应。最近，重点转向了双相剂量-反应关系（biphasic dose–response relationship）。适应和补偿也被纳入作为关键特征，巩固了毒物兴奋效应作为一种适应性生物学过程的地位。在此基础上，本综述提出了一个将胁迫暴露和调控机制与生理、生化和分子反应联系起来的框架，最终将这些反应与生物适合度（biological fitness）的结果相关联。
异源毒物兴奋效应（xenohormesis）被认为是毒物兴奋效应在跨生物学层次上的延伸，也是一种生物间信号假说。就异源毒物兴奋效应而言，已有观点提出，消费者可以检测到另一种生物通过毒物兴奋反应产生的生物活性代谢物，并据此调整自身生理状态。例如，在植物背景下，受环境胁迫的植物会产生生物活性化合物，这些化合物可能影响食用它们的动物的抗逆性和存活率。本综述的主要新颖之处在于提出了一个概念框架，该框架连接了胁迫激活的调控反应、生理/生化和分子响应变量及其在整个毒物兴奋过程中对生物适合度的最终后果。为了便于操作，该框架区分了三个证据层次：双相剂量-反应模式为识别毒物兴奋效应提供经验证据；生理、生化和分子测量能够探索其潜在机制；存活率和繁殖成功率可用于评估其对生物适合度的相关后果。本综述的第二个新颖贡献是将毒物兴奋效应与植物异源毒物兴奋效应明确整合在一个统一的概念框架内。
3. 如何评估和报告植物中的毒物兴奋效应与异源毒物兴奋效应潜力
迄今为止，毒物兴奋效应研究主要集中在与产量相关的变量上，而对代谢途径和生化过程的机理研究仍然有限。此外，很少有研究在评估单一胁迫剂的全剂量梯度以引发毒物兴奋性生物量响应的同时，记录生物活性化合物产量的变化。大多数关于异源毒物兴奋效应的综述都强调了次生代谢物对人类健康的益处。植物毒物兴奋效应与低强度胁迫下异源毒物兴奋性次生代谢物的增加直接相关，但这一方面仍未得到充分探索。毒物兴奋效应报告主要利用诱导型胁迫剂，植物毒物兴奋效应研究最常评估生长、氧化还原平衡和光合活性作为综合性能指标。例如，在金银花中，低镉剂量诱导了光合色素的毒物兴奋效应，而高剂量则促进了色素降解。植物生长调节剂协调植物生长发育。铅和镉的毒物兴奋剂量增加了吲哚-3-乙酸水平并减少了氧化应激，有助于毒物兴奋性地上部生长的刺激，这也与黄酮类化合物含量的增加有关。在食用豌豆中，低浓度铅诱导了与黄酮类积累相关的毒物兴奋效应，而高剂量则在蚜虫侵染期间引起毒性。值得注意的是，相对较少的研究报道了与植物防御代谢物产生相关的毒物兴奋过程。有研究发现，特定剂量的UV-C光在采后西兰花中诱导了毒物兴奋效应，表现为延缓黄化并减少贮藏期间的重量损失，该反应伴随着参与苯丙素类、吲哚生物碱、硫代葡萄糖苷和黄酮类生物合成途径的基因表达上调。在草莓和葡萄中也观察到，低至中等补充UV-C促进了黄酮类和花青素生物合成中多个关键步骤的调控基因表达，从而诱导了次生代谢的毒物兴奋性刺激，增加了生物活性化合物并改善了果实色泽。
4. 用于评估毒物兴奋效应和异源毒物兴奋效应过程的相关响应变量
有必要建立适当的衡量毒物兴奋效应的标准。虽然植物生长常被用作毒物兴奋效应的主要变量，但完全依赖生长在概念上可能具有局限性。研究人员认为，毒物兴奋效应不应仅仅通过生长刺激来识别，而应被视为一个适应性重组过程，在此过程中不同变量可能表现出补偿性反应。毒物兴奋效应应经常被理解为一种适应性权衡，即在没有同时增加生长或生产力的前提下，可以观察到防御能力或胁迫耐受性的增强。这种权衡源于资源限制，迫使植物根据环境条件优先考虑特定的过程。毒物兴奋补偿描述了这样一种差异反应：某些变量或功能的刺激是以抑制或稳定其他在胁迫条件下被认为不太重要的变量为代价的。重要的是，毒物兴奋效应并不一定会转化为所有植物变量的同步改善。相反，特定性状的毒物兴奋性刺激往往伴随着其他性状的降低或维持，反映了有机体层面协调的补偿性调整。因此，单个变量中的双相反应证明了该特定终点的非单调反应，但其是否被解释为毒物兴奋效应取决于该变量是否在功能上与适合度相关。有助于生存、繁殖成功或其他生物学上合理的适合度代理指标的变量可以提供毒物兴奋效应的证据，而瞬时的分子、生化或代谢反应则应被解释为胁迫反应的组成部分，而非毒物兴奋效应的具体证据。
生物适合度被理解为生物体生存并通过繁殖成功为后代做出贡献的能力。适合度被提议作为毒物兴奋效应的最终描述符，因为归根结底，适应性反应应转化为生物体表现或生物学成功的改善。由于毒物兴奋效应被概念化为一种适应性反应，因此必须评估其功能相关性及其对生物体表现的后果。单一的生理或生化变量的行为并不能证明生物体经历了有益的毒物兴奋效应。因此，毒物兴奋效应不应基于单一的响应变量来定义。毒物兴奋效应可以被认为是多变量、补偿性过程的综合结果，而不是一组独立的毒物兴奋性剂量-反应曲线。作为预期繁殖贡献的综合度量，适合度可估算为 F = S × R，其中S代表存活概率，R代表存活个体的繁殖成功率。当暴露于低或中等胁迫强度会增加相对于对照组的生物适合度，而更高水平的暴露会导致下降时，综合反应将呈现倒U形的毒物兴奋模式。
对于异源毒物兴奋效应，严格论证需要明确的产生者-消费者序列：包括生产者暴露于确定的胁迫、胁迫依赖性代谢物浓度改变、该代谢物转移至消费者、与合适对照的比较，以及在消费者中展示适应性结果。一旦转移，这些化合物可能会激活与基因表达、氧化还原代谢、解毒和其他保护反应相关的调控机制。然而，只有当这些下游效应通过实验与生产者中胁迫诱导的变化以及消费者中可测量的适应性益处联系起来时，才应被视为异源毒物兴奋效应的证据。
5. 讨论
植物毒物兴奋效应应在生长与防御之间的生理权衡框架内进行解释。由于植物在资源约束下运作，暴露于低强度胁迫刺激可以触发碳、能量和养分向防御、修复和驯化过程的重新分配。因此，毒物兴奋性反应不一定导致生物量的最大化。为此，生物量刺激本身不应被视为识别毒物兴奋性反应的确定性标准，因为适应性结果可能以其他方式表现出来。另一种解释将植物毒物兴奋效应视为驯化的一种特殊形式，可通过双相生长反应进行操作识别。然而，单独的生长反应可能无法完全反映胁迫暴露的生物学后果。因此，研究人员提出了一个更广泛的解释框架，其中双相剂量-反应模式对于识别毒物兴奋效应仍然是必不可少的，而反应的生物学意义则根据所测量的变量、其时间和发育背景、相关的权衡及其与适合度的关系进行评估。毒物兴奋效应应被视为一个层级性和整合性的生物学过程，而非简单的两相剂量-反应模式。这个概念框架可以在三个相互关联的层面上表示：调控机制、可测量的响应变量和综合适合度结果。在这个层级中，响应变量并不反映毒物兴奋效应本身，而是作为潜在调控过程的可测量指标，这些过程共同决定了适应性结果。尽管异源毒物兴奋效应为解释由胁迫诱导代谢物介导的种间信号提供了一个有用的概念框架，但现有证据仍然有限。当前异源毒物兴奋效应文献的一个主要局限性是，大多数研究展示了分离的植物化学物质的生物活性，而非完整的生产者-消费者信号传导序列。
6. 未来研究方向
未来的研究应纳入剂量测定视角，而非将实验设计局限于仅基于递增剂量的方法。此外，未来的研究应将适合度作为毒物兴奋性反应的最终生物学结果加以整合。迄今为止，大多数实验方法都分别关注生理、生化、分子或生长相关变量，而这些反应与适合度结果的整合受到的关注要少得多。
7. 结论
毒物兴奋效应是由亚致死刺激诱导的一种适应过程，其中调控机制的协调激活产生了可测量的生理和生化变化。这些反应本身并不构成毒物兴奋效应，而是作为潜在过程的指标。与适合度相关的结果提供了最强有力的证据，表明毒物兴奋性反应具有适应性意义，同时需考虑反应发生的环境背景。该框架通过提供一个将剂量-反应模式与候选调控机制、可测量反应和适合度相关结果联系起来的解释性结构，补充了对毒物兴奋效应的描述性剂量-反应表征。对异源毒物兴奋效应现象的严格论证仍然需要一个明确的生产者-消费者序列。尽管现有证据有限，但可以谨慎推断，暴露于毒物兴奋条件下的生物体随后被其他生物体食用，可能会潜在地赋予异源毒物兴奋效应益处。
