《Journal of Hazardous Materials》：Gut microbiota and neurotransmitter network underlies EHDPP-induced neurotoxicity in zebrafish
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•慢性EHDPP暴露通过破坏肠-脑轴损害行为。•EHDPP重塑肠道微生物群并损害肠道完整性。•微生物菌群失调引发神经炎症和血脑屏障损伤。•色氨酸和酪氨酸代谢的改变是行为缺陷的基础。•整合分析确定了微生物介导的神经毒性通路。引言与传统的溴化阻燃剂相比，有机磷酸酯类阻燃剂（OPF
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慢性EHDPP暴露通过破坏肠-脑轴损害行为。
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EHDPP重塑肠道微生物群并损害肠道完整性。
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微生物菌群失调引发神经炎症和血脑屏障损伤。
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色氨酸和酪氨酸代谢的改变是行为缺陷的基础。
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整合分析确定了微生物介导的神经毒性通路。
引言
与传统的溴化阻燃剂相比，有机磷酸酯类阻燃剂（OPFRs），主要以磷酸盐形式存在，被认为更环保，并广泛应用于建筑、家具和电子产品中以增强其阻燃性能[1]。然而，由于与基材之间的非共价键结合，OPFRs容易被释放到环境中，导致在室内空气中、灰尘、地表水、野生动物以及人体中被广泛检出[2]、[3]、[4]、[5]。在OPFRs中，2-乙基己基二苯基磷酸酯（EHDPP）是一种芳香族且高脂溶性化合物，因其广泛的环境存在而备受关注。EHDPP在巴西公寓、学校、办公室和汽车中的100%灰尘样本中均被检出，浓度范围为848至10,500 ng/g [2]。在中国日常食品中，EHDPP的平均浓度为1.12 ng/g，导致估计的人体暴露水平为8.4 ng/kg体重/天，随后在未经职业暴露的成人血液和尿液中也被检出[6]。此外，EHDPP还可通过地表水、城市径流和降水进入水生系统，浓度从纳克（ng）到微克（μg）每升不等[7]、[8]。令人担忧的是，EHDPP具有高的辛醇-水分配系数（LogKow = 5.73），超过大多数OPFRs甚至溴化阻燃剂，表明其具有生物蓄积潜力，对环境和人类健康构成重大威胁[9]。
环境污染相关疾病的上升令人担忧，已有证据表明环境污染物暴露与神经系统疾病发病率升高有关，提示神经系统可能是此类污染物的靶器官[10]。Ailshire等人[11]报告称，居住在污染指数较高地区的个体认知功能损害的可能性增加，精神疾病的患病率也更高。鉴于EHDPP与有机磷农药在结构上相似，这引发了对其神经毒性潜力的合理担忧。虽然目前的研究集中在EHDPP对肥胖和代谢综合征的作用上，但其神经毒性负担仍被低估。研究表明，EHDPP影响斑马鱼的多巴胺能系统，改变其摄食行为[12]，这可能导致肥胖。我们先前的研究发现，急性EHDPP暴露抑制了斑马鱼的乙酰胆碱酯酶活性，影响其发育和运动能力，并诱导神经毒性[13]。此外，早期生活阶段暴露于EHDPP会增加成年斑马鱼患阿尔茨海默病的风险[14]。大多数现有的EHDPP毒理学研究仅采用短期的幼鱼急性暴露模型，仅表征单一的代谢或行为表型[13]。很少有研究结合多组学测序、神经递质靶向代谢组学和益生菌干预来解析完整的肠-脑毒性通路[15]。此外，以往的研究很少讨论EHDPP引发的性别分化神经毒性反应[16]，忽略了在水生生物毒理学中常见的性别差异。然而，终身EHDPP暴露对神经系统的影响和机制——更能准确反映环境状况——仍不清楚。
肠-脑轴是一个连接肠道和大脑的复杂网络，涉及中枢神经系统、自主神经系统和肠神经系统[17]、[18]。近期研究强调了肠道微生物群在肠-脑功能中的关键作用[19]、[20]。肠道微生物群可以通过免疫途径影响激素、免疫因子和代谢产物的水平，显著影响宿主的行为和认知发育。临床研究已确立肠道微生物群与各种精神障碍之间的密切关系，包括自闭症、焦虑症、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病[21]。此外，毒理学研究表明，肠道微生物群对环境污染物高度敏感。因此，探索环境污染物、肠道微生物群与精神障碍之间的关系已成为神经科学的焦点。了解肠道微生物群如何介导环境污染物对神经系统疾病的影响，可能有助于开发新的治疗策略。然而，相关污染物毒理学研究主要关注单一的重金属或双酚类化合物，对于EHDPP等OPFRs如何干扰肠-脑轴以诱导性别特异性神经毒性，仍缺乏系统性研究[22]。
菊粉是一种典型的可发酵益生元，在本工作中被选为干预剂。已有证据表明，菊粉可以重塑肠道微生物稳态，抑制促炎革兰氏阴性菌的过度生长[23]，维持肠道屏障完整性并减少脂多糖转位[24]，使其成为减轻环境污染物诱导的肠-脑轴功能障碍的有前景的候选物质。需要注意的是，菊粉的保护作用主要通过调控微生物群来实现，而非作为针对毒素的通用解毒剂[25]。
为填补上述关于终身暴露、肠-脑轴介导和性别特异性毒性的研究空白，本研究利用斑马鱼模型调查肠-脑相互作用中的神经免疫通路，重点关注病原相关分子模式与模式识别受体之间的相互作用，以及肠道微生物群对神经递质的调节作用。利用斑马鱼肠道微生物群易于操作的特点，我们将进行靶向干预，系统研究终身暴露条件下EHDPP的神经毒性机制。本研究旨在阐明EHDPP的神经毒性机制，为缓解和治疗污染相关神经系统疾病提供参考。
章节摘要
化学试剂
EHDPP（CAS：1241-94-7，纯度97.0%）购自阿拉丁（中国上海），溶于二甲基亚砜（DMSO，CAS：67-68-5，Sigma-Aldrich，美国）作为储备液，并在-20℃保存。用于饮食干预的菊粉购自InvivoChem（美国密尔沃基），使用前以超纯水配制。所有其他分析级试剂均为市售品。
斑马鱼饲养与胚胎暴露
野生型AB品系斑马鱼在标准实验室条件下饲养。正常发育的胚胎在
慢性EHDPP暴露诱导成年斑马鱼行为异常
为评估内部暴露水平，测定了暴露水和斑马鱼组织中EHDPP的浓度，汇总于表S5。在0 h时，标称5 μg/L、125 μg/L和125 μg/L + 菊粉组的测得水相浓度分别为3.29 ± 0.34、100.77 ± 4.94和98.53 ± 4.71 μg/L。24 h后，EHDPP浓度大幅下降，在5 μg/L组中降至定量限（LOQ）以下，在125 μg/L组中降至38.10 ± 3.27和30.16 ± 3.12 μg/L
讨论
在全球范围内，神经系统疾病和认知障碍的患病率不断上升，给公共健康带来了沉重的负担[10]。尽管这些疾病的病因是多因素的，但越来越多的证据表明，肠道微生物群失调通过肠-脑轴在神经功能障碍的发生和发展中发挥着关键作用[30]。在本研究中，我们证明慢性EHDPP暴露诱导了显著的性别特异性神经行为
结论
总体而言，EHDPP暴露破坏了肠道微生物和肠道稳态，伴随LPS相关炎症、血脑屏障损伤、神经炎症、神经递质失调和神经行为异常。菊粉通过恢复微生物和肠道稳态部分缓解了这些效应。这些发现突出了肠-脑轴作为EHDPP诱导神经毒性的一个重要通路和潜在的干预靶点。
CRediT作者贡献声明
Yuning Zhang：撰写 – 原稿，方法论，形式分析。Ni Anyu：方法论。Yu Zukang：软件。Zhang Shihan：方法论。Qiuhui Qian：撰写 – 审阅与编辑。Zejun Wang：监督。Sen Yan：监督。Jin Yan：撰写 – 审阅与编辑，方法论，数据整理，概念化。Huili Wang：撰写 – 审阅与编辑，方法论，概念化。Zhiyuan Meng：撰写 – 审阅与编辑。Liu Ziqi：数据整理。Shanshan Di：撰写 – 审阅与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本论文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本工作由中国国家自然科学基金（32371705和22106118）、江苏省自然科学基金（BK20231341）和苏州科技计划（SS202150）共同资助。
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