《Biology》：Transcriptomic and Metabolomic Analyses Reveal Intestinal Lipid Metabolic Disturbance in Loaches Co-Exposed to Polystyrene Nanoplastics and Imidacloprid
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简单总结：聚苯乙烯纳米塑料和杀虫剂吡虫啉可在淡水中同时存在。研究人员检测了它们在泥鳅体内共同暴露的生物学效应。鱼类被单独暴露于污染物之一或暴露于吡虫啉与三种浓度聚苯乙烯纳米塑料的混合物中，持续21天。联合暴露与较低的存活率、降低的抗氧化能力、增强的炎症反应以及
简单总结：聚苯乙烯纳米塑料和杀虫剂吡虫啉可在淡水中同时存在。研究人员检测了它们在泥鳅体内共同暴露的生物学效应。鱼类被单独暴露于污染物之一或暴露于吡虫啉与三种浓度聚苯乙烯纳米塑料的混合物中，持续21天。联合暴露与较低的存活率、降低的抗氧化能力、增强的炎症反应以及鳃、肠道和肝脏中更严重的损伤相关。肠道转录组学和代谢组学分析进一步揭示了消化和脂质代谢过程的紊乱。定量PCR证实了与处理相关的五个脂质相关基因的变化。这些发现表明，在测试条件下，聚苯乙烯纳米塑料的存在可能增强IMI相关的不良效应，并且肠道脂质稳态的破坏是联合暴露反应的重要组成部分。
摘要：聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs；标称直径100 nm；未修饰且带负电荷）和吡虫啉（IMI）是常见的淡水污染物，但关于它们在底栖鱼类中的联合毒性知之甚少。本研究将泥鳅（*Misgurnus anguillicaudatus*）在清水中暴露21天，分别单独暴露于100 μg/L PS-NPs、78 μg/L IMI，或78 μg/L IMI与25、50、100 μg/L PS-NPs联合暴露。每个处理包含90尾鱼，分布在三个重复水箱中。评估了存活率、肝脏氧化应激指标、炎症基因表达、组织病理学以及肠道转录组学和代谢组学谱。联合暴露组的存活率下降，各处理间总体差异显著（log-rank检验，p = 0.0027）。肝脏CAT、SOD和GSH水平降低，而MDA升高，在较高PS-NP联合暴露组中变化最为明显。促炎基因包括IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α上调，而IL-4和IL-10下调。鳃、肠道和肝脏的组织病理学损伤在NIH组最为显著。转录组分析鉴定了与消化、细胞周期调控、胆固醇代谢和脂质代谢相关的通路变化，而代谢组学分析揭示了甘油磷脂、鞘脂、脂肪酸和碳水化合物代谢的改变。HMGCS1、CEL、CYP8B1、APOB和APOC1表现出与处理相关的表达变化，其中APOB在联合暴露组中呈非线性响应。总体而言，在测试条件下，PS-NP联合暴露与更强的IMI相关不良响应以及肠道脂质稳态的显著破坏相关。
论文解读：
研究背景与科学问题：淡水生态系统正面临塑料污染与农药径流的双重压力，二者日益交织。全球塑料排放预计将持续增加，而新烟碱类杀虫剂常在农业区地表水中检出。因此，水生生物不仅暴露于单一污染物，还可能暴露于复杂混合物，其生物效应可能不同于基于单一化合物测试的预测。鱼类因消化道和鳃直接接触污染水体及悬浮颗粒，对颗粒结合型毒物尤为敏感。聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）因其小尺寸易于被摄入并分布到组织中，已被证实可损害鱼类肠道形态、屏障功能、氧化平衡和微生物稳态；而吡虫啉（IMI）作为广泛使用的新烟碱类杀虫剂，其毒性涉及氧化应激、代谢紊乱、发育毒性、氧化性DNA损伤及肠道炎症损伤。纳米塑料可能通过表面吸附、运输和解吸改变共存有机污染物的归趋和生物可利用性。已有研究表明PS-NPs对疏水性有机污染物有较强吸附，且纳米级聚苯乙烯颗粒比更大颗粒更能促进鱼类对菲的转运和摄取。然而，对于栖息于沉积物-水界面并通过水和摄食长期暴露的底栖鱼类，PS-NPs与IMI联合暴露的证据仍十分有限。为此，研究人员选用底栖淡水鱼泥鳅（*Misgurnus anguillicaudatus*）作为模型，在受控实验条件下设置不同浓度PS-NPs与固定浓度IMI的联合暴露系列，以探究PS-NPs共暴露是否与更强的IMI相关不良响应有关。
研究方法概述：研究人员从中国荆州太湖水产基地获取健康泥鳅（体质量26–32 g，体长13–18 cm），在实验室驯化7天后，将540尾鱼随机分为6个处理组，每组90尾，分3个重复水箱（每箱30尾），进行21天水相暴露。处理组包括清洁水对照组（CON）、100 μg/L PS-NPs单独暴露组（NPS）、78 μg/L IMI单独暴露组（IMI），以及78 μg/L IMI分别与25、50、100 μg/L PS-NPs联合暴露组（NIL、NIM、NIH）。暴露期间每2天更新80%水体，每日记录死亡数。实验结束后，采集肝脏、肠道、鳃组织用于生化、基因表达、组织病理学、转录组学和代谢组学分析。主要技术包括：肝脏氧化应激指标（CAT、SOD、GSH、MDA）测定；实时荧光定量PCR检测炎症因子和脂质相关基因表达；苏木精-伊红染色组织病理学检查；肠道RNA测序及生物信息学分析；基于液相色谱-串联质谱的非靶向代谢组学；多种统计分析和相关性网络分析。该研究经长江大学动物伦理委员会批准（批准号YZ20250622-FAG）。
主要结果：
1. 联合暴露对存活率、氧化应激和炎症的影响：CON组无死亡，NPS和IMI组最终存活率为95.2%，NIL和NIM组为90.5%，NIH组为85.7%，联合暴露组存活率下降且总体差异显著（χ2=18.19，p=0.0027）。与CON相比，暴露组CAT、SOD和GSH水平普遍降低，MDA升高，NIH组变化最明显，表明高浓度联合暴露严重扰乱肝脏氧化平衡。炎症基因表达分析显示，促炎因子IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α在CON组最低、NIH组最高，而抗炎因子IL-4、IL-10趋势相反，表明肝脏免疫状态向促炎方向转变。
2. 鳃、肠、肝的组织病理学变化：CON组鳃丝排列规则、次级鳃小片完整；NPS和IMI单独暴露导致鳃丝弯曲、基底细胞增殖、局灶融合和空泡化；联合暴露组损伤加重，出现明显丝状扭曲、上皮增生、融合、炎性浸润和正常鳃小片结构丧失，NIH组损伤最严重。肠道方面，CON组肠壁连续有序，固有层和黏膜下层结构完好；暴露组出现炎性细胞积聚、黏膜空泡化、上皮排列紊乱和黏膜-黏膜下层界面松弛，联合暴露组异常更广泛，NIH组黏膜完整性丧失最明显。肝脏方面，CON组肝细胞紧凑有序；单独暴露引起不同程度空泡化、炎性浸润和肝索破坏；联合暴露加剧组织紊乱和坏死变化，NIH组显示广泛炎性浸润和正常肝结构丧失。半定量病变评分显示NIH组在鳃（3.00±0.00）、肠（2.75±0.50）和肝（2.75±0.50）中评分最高，CON组无明显病变。
3. 肠道转录组整体变化：RNA测序数据质量高，平均clean reads为4735万，平均比对率89.45%。主成分分析显示各处理组明显分离且生物学重复聚类良好。以|log2(倍变化)|>1和Benjamini-Hochberg校正p<0.05为阈值，CON vs NPS检测到4656个差异表达基因（DEGs），CON vs IMI为9031个，CON vs NIL为11810个，CON vs NIM为10208个，CON vs NIH为4604个。NIL和NIM产生最多FDR校正DEGs，NIH组DEGs较少且仅略倾向下调，不支持以往推断的广泛转录抑制。
4. GO和KEGG富集分析：FDR显著富集的GO条目在NPS、IMI和NIH比较中涉及纤毛组装、轴丝结构、微管相关运动活性；NIL和NIM以细胞周期进程、核分裂、DNA代谢和RNA相关功能为主。FDR显著KEGG通路：NPS比较富集于马达蛋白、胰液分泌、蛋白消化吸收、类固醇生物合成等；IMI比较包括代谢通路、胆固醇代谢、胆汁分泌、类固醇生物合成、维生素与脂肪消化吸收；NIL和NIM富集细胞周期、DNA修复、转录、细胞骨架及消化通路，NIM还显著富集胆固醇代谢和脂肪消化吸收；NIH比较富集蛋白消化吸收、胆固醇代谢、胰液分泌、脂肪消化吸收以及亚油酸、α-亚麻酸和花生四烯酸代谢，并涉及免疫相关通路。这些结果支持处理相关的肠道消化、增殖和脂质稳态扰动。
5. 肠道代谢组变化：LC-MS质量控制良好。按VIP>1且q<0.05标准，CON vs NPS有24601个差异特征峰，CON vs IMI为33824个，CON vs NIL为25655个，CON vs NIM为29649个，CON vs NIH为16523个。NPS、IMI、NIL、NIM比较中以升高的峰为主，而NIH比较中以下降的峰为主。FDR筛选的特征峰映射到KEGG通路，突出鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、不饱和脂肪酸生物合成、脂肪酸延长和甘油脂代谢，同时涉及碳水化合物、氨基酸、核苷酸和脂质相关过程。
6. 探索性相关分析和qPCR验证：相关热图显示特定比较中FDR显著转录本与MS2注释代谢特征之间存在关联，主要涉及HMGCS1、CYP8B1、CEL、APOB、APOC1等基因与碳水化合物、氨基酸、有机酸、胆汁酸相关化合物及脂质分子。蛋白互作网络将APOB置于包含HMGCS1、CEL、CYP8B1和APOC1的脂质相关模块中心。qPCR验证了这五个基因处理相关的显著表达变化：HMGCS1、CEL、CYP8B1在暴露组中普遍升高，并在NIH组达到高水平；APOB在联合暴露组中呈非线性响应，NIL组表达低于NPS和IMI组，在较高PS-NP联合暴露水平下升高，NIH组最高；APOC1总体递减并在NIH组最低。这些基因表达谱独立支持处理相关的肠道胆固醇合成、胆汁酸调节、脂质消化和脂蛋白转运改变。
讨论与结论总结：研究人员指出，PS-NPs和IMI均可进入淡水环境并在水和沉积物中共存，对底栖鱼类构成联合暴露风险。以往研究已表明IMI能引起鱼类氧化应激、炎症、DNA损伤、肠道屏障破坏和代谢紊乱；PS-NPs因其小尺寸易被吸收并分布于组织，毒性表现为抗氧化能力下降、炎症反应增强和能量/脂质代谢失衡。此外，塑料颗粒的大比表面积可吸附共存有机污染物，可能改变其迁移、生物可利用性和组织分布。本研究中，PS-NPs或IMI单独暴露均与不良响应相关，而联合暴露尤其是较高PS-NP浓度下，存活率降低、氧化应激、炎症和组织病理学响应增强。但研究人员强调，由于未设置25和50 μg/L PS-NPs单独暴露组，该观察应视为联合暴露系列内的暴露梯度模式，而非协同作用的正式证据。氧化应激和炎症可能是联合暴露造成多器官损伤的重要基础。肝脏CAT、SOD、GSH降低而MDA升高，促炎因子表达上调和抗炎因子下调，表明高浓度联合暴露下抗氧化能力受损、脂质过氧化增强，且肝免疫状态由相对平衡转为促炎状态。组织病理学显示联合暴露累及鳃、肠、肝多个器官，NIH组损伤最重。转录组和代谢组分析证实肠道消化和脂质稳态扰动。脂质代谢是转录组和qPCR结果共同指向的主要变化方向：HMGCS1升高反映胆固醇合成改变；CEL、APOB、APOC1变化表明脂质消化和脂蛋白转运重塑；CYP8B1改变与胆汁酸组成和肠道脂质吸收相关。代谢组学通路突出甘油磷脂和鞘脂代谢，涉及膜脂周转和脂质介导的信号。这些证据共同表明，脂质代谢失调是泥鳅肠道对PS-NP与IMI联合暴露反应的主要特征。需要指出，PS-NPs在暴露水中的物理化学行为（如聚集、沉降、水动力学尺寸和表面电荷）未监测，溶解和颗粒结合态IMI浓度未测定，因此PS-NPs改变IMI暴露水平只是基于已有研究的合理解释而非直接证明。实验浓度是亚致死实验浓度，不应直接外推至环境现实浓度。总体结论为：在测试条件下，IMI与PS-NPs联合暴露比IMI单独暴露产生更广泛的不良响应；联合暴露系列中PS-NP浓度升高与肝脏氧化平衡扰乱、炎症反应以及鳃、肠、肝组织病理学损伤的加重相关；肠道转录组和代谢组分析显示消化过程、胆固醇和胆汁酸代谢、甘油磷脂和鞘脂代谢等脂质相关通路受到破坏。该结果对环境风险评估具有重要意义，因为水生生物暴露于复杂污染物混合物，基于单一污染物毒性的风险评估可能低估实际生态风险。未来研究应结合真实环境浓度范围、全因子暴露设计、时间分辨的PS-NP聚集与表面性质表征、溶解和颗粒结合态IMI的分析验证以及组织特异性生物累积测定。
