铜（Cu）是水生生态系统中广泛存在的重金属污染物，主要来源于工业废水排放、酸性矿山排水以及水产养殖中添加的杀藻剂和杀菌剂等（Li et al., 2024; Wang et al., 2021）。作为必需的微量元素，铜参与多种酶促反应和代谢过程。然而，当环境浓度超过安全阈值时，铜对水生生物构成显著的毒性风险，鱼类是生态系统健康的敏感指示物种。肝脏作为外源代谢和解毒的核心器官，也是铜诱导毒性的主要靶器官（F?rat and Karg?n, 2022; Zhou et al., 2020）。因此，铜表现出典型的剂量依赖性双重特性——低浓度时必需，但过量暴露时具有肝毒性——使其成为一种典型的环境污染物。
既往研究表明，高浓度铜暴露会诱导鱼类肝脏产生氧化应激，其特征包括抗氧化酶活性紊乱、活性氧（ROS）过度积累以及脂质过氧化（Zhang et al., 2023; Soliman et al., 2021）。然而，这些发现大多来源于组织病理学和生化分析，不足以系统揭示铜应激下基因表达和代谢网络的整体扰动。特别是，氧化应激与下游病理结果之间的分子机制——包括代谢重编程、免疫激活和细胞死亡通路——仍知之甚少。迄今尚未在尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）中开展整合转录组学和代谢组学的研究来系统性地关联这些事件。
近年来，转录组学与代谢组学的整合已成为环境毒理学中的有力手段（Liu et al., 2025, 2023）。转录组学能够全局揭示污染物诱导的基因调控网络扰动，而代谢组学则直接捕获机体在应激下的生理和代谢应答。二者的整合有助于系统构建毒性通路网络、识别关键调控枢纽以及发现潜在生物标志物。然而，迄今为止，关于鱼类铜诱导肝毒性的整合转录组学和代谢组学研究——尤其是在具有重要经济价值的水产养殖物种中——仍然有限。
尽管取得了上述进展，仍有若干关键研究空白尚未得到解决。第一，铜诱导氧化应激与下游病理结果——如代谢重编程、免疫激活和细胞死亡通路——之间的分子机制在鱼类中仍知之甚少，因为大多数既往研究仅限于组织病理学和生化分析（Gravato et al., 2006; Abou Anni et al., 2019; F?rat and Karg?n, 2022）。第二，尽管铜毒性已在尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）——一种全球重要的水产养殖物种——中通过传统生化方法得到记录（Soliman et al., 2021; Sayed et al., 2016），但迄今尚未在该物种中开展整合转录组学和代谢组学的研究来系统探讨铜应激下基因表达和代谢网络的整体扰动。第三，虽然铜肝毒性已在多种鱼类中得到记录（Lu et al., 2024; Jin et al., 2023），但罗非鱼中具体的分子应答——尤其是谷胱甘肽耗竭、能量代谢重编程与免疫-炎症激活之间的相互作用——在很大程度上仍未被表征。第四，铁死亡——一种新近发现的铁依赖性程序性细胞死亡形式（Dixon et al., 2012）——是否参与铜诱导的肝细胞损伤，迄今尚未在任何鱼类模型中进行探索，尽管铁死亡已被证实参与氟化物诱导的斑马鱼肝损伤（Wu et al., 2022），且铜已被证明可通过靶向三羧酸循环诱导细胞死亡（Tsvetkov et al., 2022）。解决这些空白不仅对于理解铜毒性的基本机制至关重要，对于制定有效的环境风险评估和水产养殖管理策略也同样重要。
为解决上述空白，我们选取了尼罗罗非鱼（Oreochromis niloticus）——中国乃至全球主要的水产养殖物种——作为模式生物。我们采用整合多组学方法，系统研究了硫酸铜（CuSO?）暴露的肝毒机制，具体包括：（1）组织病理学观察以表征结构损伤；（2）生化检测以评估抗氧化应答和氧化应激；（3）转录组学分析以鉴定全局基因表达变化；以及（4）代谢组学分析以捕获生理和代谢应答。具体而言，我们的研究目标为：（1）确定CuSO?肝毒性的病理和生化标志；（2）鉴定与CuSO?暴露相关的关键差异表达基因（DEGs）和代谢物（DEMs）；（3）通过多组学整合揭示核心毒性通路，重点关注谷胱甘肽耗竭和能量代谢重编程；（4）鉴定用于铜污染监测的候选生物标志物。我们假设，CuSO?暴露通过下调铜转运基因（ATP7B和CP）破坏肝脏铜稳态，引发一系列毒性事件，包括谷胱甘肽耗竭、氧化应激、能量代谢重编程以及免疫-炎症激活。我们进一步推测，整合多组学分析将揭示铁死亡在CuSO?诱导的肝细胞损伤中的潜在参与，这一机制此前尚未在鱼类模型中报道。我们的研究结果为理解铜肝毒性提供了多组学框架，并为水生环境中铜的生态风险评估提供了科学依据。
