北大西洋与波罗的海鲭鱼（Scomber scombrus）鱼片中溴代1-甲基吲哚（BMI）的检测、分离与定量分析

《Environmental Pollution》：Brominated 1-methylindoles in mackerel ( Scomber scombrus) fillet from the North and Baltic Sea

　　

本研究首次在来自北海与波罗的海的鲭鱼（Scomber scombrus）鱼片中检测到三种溴代1-甲基吲哚（brominated 1-methylindoles, BMIs）。研究人员通过合成BMI混合物，并利用逆流色谱（countercurrent chromatography, CCC）结合高效液相色谱（high performance liquid chromatography, HPLC）技术，成功分离出两种三溴代1-甲基吲哚（triBMIs）和一种四溴代1-甲基吲哚（tetraBMI）。采用气相色谱-电子捕获负离子-轨道阱高分辨质谱（GC/ECNI-Orbitrap-HRMS）和气相色谱-电子电离-轨道阱高分辨质谱（GC/EI-Orbitrap-HRMS）对样品进行分析，实现了对上述三种BMI在鲭鱼鱼片中的准确定量。研究发现，这些卤代天然产物（halogenated natural products, HNPs）的含量水平与典型持久性有机污染物（persistent organic pollutants, POPs），如多氯联苯（polychlorinated biphenyls, PCBs）和六氯苯（hexachlorobenzene, HCB）相当。此外，研究还揭示了HNPs与POPs在空间分布模式上的显著差异，表明两者具有不同的来源和环境归趋。

研究背景与科学问题

油性鱼类如鲭鱼（Scomber scombrus）因其高脂含量，易生物富集多卤代化合物，成为人类摄入此类亲脂性污染物的主要膳食来源之一。其中，被归类为持久性有机污染物（POPs）的多卤代化合物因其持久性、亲脂性、生物累积性、毒性及长距离迁移能力而对环境和健康构成威胁。除了人为源POPs，鱼类还会富集某些卤代天然产物（HNPs），这些主要是海洋生物（如海绵、藻类和细菌）的次生代谢产物。已有超过8000种含氧或氮杂原子的该类有机化合物被发现，其中部分HNPs与POPs结构相似，因而也具有持久性和生物累积性，并在高等海洋生物中被检出，含量与POPs相当。因此，北极监测与评估计划（AMAP）于2016年将这类物质列为“新兴污染物”。

然而，关于许多HNPs的数据仍然匮乏，这主要归因于缺乏商业化的标准品。溴代1-甲基吲哚（BMIs）是一类在鱼类和海洋生物中很少被分析的具有环境意义的HNPs。二、三和四溴代1-甲基吲哚已知是红藻Laurencia sp.的次生代谢产物，可能由溴代吲哚的生物甲基化形成。尽管已在蠕虫、棘皮动物、鱼油、北海及波罗的海的鲽鱼、北海贻贝以及澳大利亚被动采集的水样中检测到至多两种triBMIs和一种tetraBMI，但由于缺乏参考标准品，一直缺少定量数据。

因此，本研究的目的是合成BMI标准品，并评估其在来自北海和波罗的海的鲭鱼鱼片中的相关性。样品是在一次科学航行中于明确界定的地点采集的。分析不仅限于BMIs，还包括其他POPs和HNPs的鉴定。

关键技术方法概述

研究人员首先通过化学合成制备了BMI混合物，并利用逆流色谱（CCC）结合非水反相高效液相色谱（HPLC-UV/Vis）技术，从合成产物中分离纯化了三种与鱼样中检测到的保留时间和质谱相匹配的BMI单体（两种triBMIs和一种tetraBMI）。随后，采用气相色谱-电子捕获负离子-轨道阱高分辨质谱（GC/ECNI-Orbitrap-HRMS）进行目标化合物的定量分析，同时辅以气相色谱-电子电离-轨道阱高分辨质谱（GC/EI-Orbitrap-HRMS）对其他HNPs和POPs进行筛查。样本来源于2023年8月Thünen渔业生态研究所组织的科学航行，分别在波罗的海的两个区域（BS1, BS2）和北海的两个区域（NS1, NS2）采集了共24尾中等体长的鲭鱼。样品前处理包括冷冻干燥、加速溶剂萃取（ASE）、凝胶渗透色谱（GPC）和硅胶吸附色谱净化。

主要研究结果

3.1 溴代1-甲基吲哚（BMIs）的分离

通过对鲭鱼提取物进行非靶向GC/ECNI-Orbitrap-HRMS分析，确认了两种triBMIs和一种tetraBMI的存在，其相对保留时间与近期在同一科学航次中采集的鲽鱼样品中检出的三种BMIs一致。由于结构未知且缺乏标准品，研究人员合成了BMI混合物，并通过CCC和HPLC成功分离纯化了这三种与样品匹配的BMI同系物，纯度均高于95%。尽管未能通过核磁共振波谱确定其具体结构，但通过与文献报道的红藻和脆星中已知的triBMIs（如2,3,5-, 3,5,6-和2,3,6-triBMI）进行比较，并结合CCC和GC的洗脱行为，研究人员推断这些BMIs很可能就是这些已知的同系物。值得注意的是，红藻Laurencia sp.并未在北海和波罗的海出现，这表明存在其他未知的自然生产者。所获得的标准品使得对这些BMIs的定量成为可能。

3.2 鲭鱼鱼片中BMIs的含量

在所有20份分析样品中，triBMI b和tetraBMI均有检出，而triBMI a在70%的样品中检出。两种triBMIs的总含量范围在0.1至2.0 ng/g脂重之间，略低于tetraBMI的含量（0.2-17 ng/g脂重）。不同捕捞区域的个体鱼之间的BMI含量存在较大变异（相对标准偏差52%-110%）。总体而言，tetraBMI是主要的BMI同系物。与同区域的鲽鱼相比，鲭鱼中triBMI a的丰度通常高于triBMI b，呈现出不同的模式。通过与文献中相对保留时间的比较，研究人员认为在鲭鱼、北海贻贝和大堡礁水样中检出的可能是相同的三种BMI化合物。

3.3 鲭鱼鱼片中检出的其他多卤代化合物

在可定量的HNPs中，Q1和2,4,6-三溴苯甲醚（TBA）在所有样品中均有检出；BC-2和BC-3在95%的样品中检出；而2,4,6-三溴苯酚（TBP）、六溴代1,1‘-二甲基-2,2’-联吡咯（Br₆-DBP）和三溴代六氢呫吨衍生物（TriBHD）的检出率较低。此外，还初步鉴定出部分溴代的七卤代1‘-甲基-1,2’-联吡咯（MBPs）和二至四溴代二苯并对二噁英（PBDDs），后者很可能是自然产生的。

HNPs的模式在北海和波罗的海之间存在显著差异。在北海，Q1是sumHNPs的主要贡献者（62-76%），而在波罗的海则占比较低（4-21%）。相反，其他HNPs（如BC-2, BC-3, TBA, BMIs）在波罗的海的贡献更大。相比之下，POPs（PCB 138, 153, 180和HCB）的模式在各区域间较为一致。总HNP含量（33-160 ng/g脂重）与半定量的三种指示性PCBs加HCB的总含量（30-182 ng/g脂重）处于同一水平，但两者的空间分布趋势相反，表明HNPs和POPs在北海和波罗的海具有不同的来源和分布路径。

结论与展望

本研究首次在来自北海和波罗的海的鲭鱼中定量分析了两种triBMIs和一种tetraBMI。鉴于其主要自然生产者红藻Laurencia sp.并不存在于这两个海域，研究结果表明可能存在其他藻类或海绵等生物是这些BMIs在该栖息地的来源。反之，在Laurencia sp.高丰度的地区（如亚洲/北太平洋）的鱼类也应进行BMIs的分析。

值得注意的是，鲭鱼中HNPs的模式与在同一科学航次中采集的鲽鱼截然不同。因此，对不同鱼类物种的HNP含量进行比较时应格外谨慎。此外，在同一地点捕获的个体鱼之间含量的巨大变异表明，这些HNPs在集水区并非均匀分布，或者个体鱼的洄游路径和摄食来源不同。在鲭鱼中，sumHNP含量与所分析的三种PCBs同系物及HCB的总含量相当。这种HNPs与POPs含量相当的水平此前已在受POPs高度污染的地中海等其他区域得到证实。因此，正如本研究所示，应更多地关注对包括BMIs在内的HNPs的研究。