《Environmental Research》：Chronic Exposure to Areca Alkaloids at Environmentally Relevant Concentrations Alters Neurobehavior, Gut Microbiota and Brain Metabolism in Adult Zebrafish
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摘要水体环境中痕量水平的神经活性污染物日益被认定为生态危害，但槟榔碱类化合物的神经毒性潜力仍缺乏充分研究。本研究将成年斑马鱼长期暴露于胡麻草碱或檗皮碱中90天，以考察其长期神经行为毒性及相关生物学变化。行为学评估显示，碱类化合物暴露后，斑马鱼表现出持续的社会交互障碍、攻击性降
摘要
水体环境中痕量水平的神经活性污染物日益被认定为生态危害，但槟榔碱类化合物的神经毒性潜力仍缺乏充分研究。本研究将成年斑马鱼长期暴露于胡麻草碱或檗皮碱中90天，以考察其长期神经行为毒性及相关生物学变化。行为学评估显示，碱类化合物暴露后，斑马鱼表现出持续的社会交互障碍、攻击性降低以及探索行为改变。与此同时，槟榔碱类化合物还诱导肠道损伤，特征包括绒毛萎缩、杯状细胞耗竭、上皮细胞改变以及巨噬细胞浸润增多。肠道微生物组分析揭示了群落组成变化，炎症相关菌属显著富集，包括不动杆菌属（Acinetobacter）、假单胞菌属（Pseudomonas）和红球菌属（Rhodococcus），同时多种共生菌群减少。在中枢水平，脑组织病理学检查显示神经元损伤以及凋亡相关标志物表达增加。脑代谢组学分析进一步揭示了氨基酸及神经递质相关代谢的广泛改变，突出表现为谷氨酸、甘氨酸、丝氨酸、N-乙酰-L-天冬氨酸和柠檬酸的改变，以及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢与氨基酰-tRNA生物合成相关通路的富集。整合相关性分析揭示了改变的肠道细菌菌属、脑代谢通路与行为终点之间的关联，提示槟榔碱暴露后肠道微生物改变、脑代谢变化与行为结果之间可能存在潜在联系。总之，这些发现揭示在环境浓度水平下长期暴露于槟榔碱会在成年斑马鱼中引发神经行为与神经毒性效应，并伴随肠道微生物群和脑代谢的改变，凸显了槟榔碱作为环境神经毒物在水生健康风险评估中的潜在意义。
引言
痕量环境污染物所构成的生态风险日益受到关注，尤其是它们干扰水生生物神经功能的能力（Gruber 等，2021；Zhang 等，2024），新兴证据表明，即使低浓度的神经活性化合物也可能破坏神经功能（Brand 等，2024；Zhu 等，2024）。在这些化合物中，槟榔碱类，特别是胡麻草碱和檗皮碱，因其潜在的生物学效应而备受关注（Lan 等，2022；Siregar 等，2022）。这些生物碱传统上与人类咀嚼槟榔的消费相关，但目前已在水体环境中检测到它们，这引发了关于其对非靶标生物生态和生理效应的问题（Davey 等，2022）。槟榔碱在环境中日益增加的存在，凸显了评估其在行为学和分子水平上干扰水生生物神经功能的紧迫性。
为研究环境神经活性化合物的神经行为后果，斑马鱼（Danio rerio）已被广泛采用为实验模型（Ji 等，2023；Wang 等，2024）。近年来，斑马鱼被广泛用于毒理学研究，以评估各种外源性物质对社会行为、焦虑和运动能力的影响（Bruce De Souza 等，2025；Fodor 等，2024；Morrison 等，2024）。其可观察且可量化的社会交互行为，例如集群和群游，为评估神经活性干扰提供了理想的行为终点（Frigato 等，2025）。这些特性使斑马鱼尤其适合于探索环境相关槟榔碱暴露的行为后果。
除明显可见的行为表型外，越来越多的证据表明环境化学品可改变全身性生物学过程，包括肠道微生物群的组成与功能状态（Teffera 等，2024；Yu 等，2023）。肠道微生物群落的变化可能影响微生物代谢和宿主-微生物相互作用，从而可能导致更广泛的生理紊乱（Takyi 等，2025；Yang 等，2025）。因此，包括槟榔碱在内的环境污染物可能诱导微生物组成与宿主代谢过程的协同改变（Xu 等，2023）。将此类微生物改变与神经行为终点相结合进行表征，可能为环境神经毒性相关的生物学反应提供额外见解。
脑代谢组学分析为表征与神经行为毒性相关的分子改变提供了一种互补的生物化学视角。环境化学品暴露可在水生鱼类中诱导多样化的生物学反应，从急性毒性和死亡率到生理和生化紊乱（Adaku 等，2022；Koubová 等，2025）。代谢组学分析可识别神经活性代谢物的改变，并提供关于代谢通路紊乱的见解（Cao 等，2025；He 等，2025）。当与行为学分析和肠道微生物群分析相结合时（Pei 等，2024），该方法能够全面评估环境槟榔碱如何影响肠道微生物组成、脑代谢和神经行为结局。此类整合性分析对于表征将外部化学暴露与微生物群落、脑代谢和行为改变联系起来的复杂生物学反应具有重要价值。
然而，槟榔碱的长期神经毒性效应及其对肠道和脑功能的影响仍知之甚少。因此，本研究旨在考察胡麻草碱和檗皮碱对成年斑马鱼神经行为、肠道健康、肠道微生物群和脑代谢的慢性效应。通过整合行为学、组织病理学、微生物组学和脑代谢组学分析，我们试图刻画肠道微生物改变、脑代谢紊乱与神经行为结局之间的潜在关联。这些发现为槟榔碱的环境神经毒性及其在水生健康风险评估中的意义提供了新的见解。
章节摘要
斑马鱼饲养管理
成年斑马鱼（Danio rerio，AB 品系）在循环水养殖系统中饲养，水温 28 ± 0.5 °C（pH 7.0–7.5），光暗周期为 14/10 小时。采用紫外线过滤系统确保水质。每天喂食两次，以实验室培养的海螵虾作为均衡饲料。所有饲养程序均遵循 Zhang 等（Zhang 等，2023）所描述的方案。斑马鱼在受控的实验室条件下饲养。
新水槽测试中运动活性与探索行为的改变
我们先前的研究表明，槟榔碱类化合物会改变斑马鱼幼鱼的运动活性（Yan 等，2023）。本研究采用新水槽测试来评估成年斑马鱼的运动活性和探索行为。为在新环境中评估运动活性和探索行为，将鱼放入一个新型矩形水槽中，并记录其游动轨迹（图 1A）。对照组表现出最高的活动量，轨迹广泛分散且
讨论
越来越多的证据表明，环境神经活性化合物可通过多样化的全身性和神经性反应影响行为。在本研究中，槟榔碱类，具体为胡麻草碱和檗皮碱，与神经行为改变相关联，并伴随肠道微生物群和脑代谢的变化。整合行为学、微生物学和代谢组学的研究表明，环境相关浓度水平的这些生物碱足以改变
结论
总体而言，我们的发现表明，长期暴露于槟榔碱与成年斑马鱼的神经行为异常相关联，并伴随肠道结构、肠道微生物组成和脑代谢的改变。这些发现补充了环境化学品暴露可诱导微生物、代谢和行为领域协同改变的证据，并强调了槟榔碱作为
CRediT 作者贡献声明
马勤峰（Qinfeng Ma）：调查、形式分析。李红丽（Hongli Li）：撰写——审阅与编辑、验证。张文婧（Jingwen Zhang）：调查。张天（Tian Zhang）：撰写——审阅与编辑、验证、资源、方法学、调查、经费获取、形式分析。严文华（Wenhua Yan）：撰写——审阅与编辑、撰写——原稿、资源、方法学、调查、经费获取、形式分析。黄辉哲（Huizhe Huang）：撰写——审阅与编辑、资源、项目管理、方法学，
未引用参考文献
Xu 等，2025；Xu 等，2025；Zhu 等，2024。
伦理声明
本研究依照 ARRIVE（动物研究：活体实验报告）指南进行。本研究经重庆医科大学批准。（批准号：IACUC-SAHCQMU-2023-0617）
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能影响本文所报告的工作。
8. 致谢
本研究得到顶尖学科群联合项目、重庆医科大学第二附属医院（编号：2024202）、重庆市科学技术委员会项目（CSTB2025NSCQ-GPX0348）、重庆青年顶尖人才计划（YXQN2025035）、重庆市博士后留渝资助项目（ygzbhly2025101）、重庆医药学院人才引进项目（YGZZKRC2025102，
严文华｜卿巧玲｜王云鹏｜李帅婷｜沈海建｜邢博伟｜郭文静｜马勤峰｜李红丽｜张文婧｜张天｜黄辉哲
重庆医科大学第二附属医院转化医学中心，重庆 400010，中国
