2023-05-11 | 科研部 南科大裘文慧团队在生态毒理学领域取得研究进展

近日，南方科技大学环境科学与工程学院助理教授裘文慧团队在环境科学领域期刊Environmental Science & Technology发表了题为“Perfluorononanoic Acid Induces Neurotoxicity via Synaptogenesis Signaling in Zebrafish”和“Poly- and Perfluoroalkyl Substances Induce Immunotoxicity via the TLR Pathway in Zebrafish: Links to Carbon Chain Length”的两篇封面论文。两篇论文分别探究了全氟壬酸（PFNA）对斑马鱼早期阶段的神经毒性和不同碳链长度多氟和全氟烷基物质（PFASs）对斑马鱼早期免疫功能的影响。两项研究从不同层面分别研究了不同PFASs对鱼类早期阶段的神经毒性和免疫毒性，为全面深入评价新污染物PFASs的生态风险提供了重要的数据支撑。

1.  不同碳链长度PFASs通过TLR途径诱导斑马鱼不同程度的免疫毒性

尽管已有研究报道了PFASs的免疫毒性，但不同碳链长度的PFASs免疫毒性机制是否一致以及毒性程度是否与碳链长度有关值得进一步探究。本研究以斑马鱼胚胎为研究模型进行环境相关浓度全氟丁酸(PFBA，4个碳)、全氟辛酸(PFOA，8个碳)和全氟壬酸(PFNA，9个碳)的暴露实验，并分析斑马鱼抗菌能力、免疫细胞发育和信号通路基因水平变化评估不同PFASs的免疫毒性。进一步利用分子对接、基因敲除和抑制剂共暴露实验探究PFASs对斑马鱼的免疫毒性机制。

首先利用转基因斑马鱼胚胎暴露实验发现PFASs显著增加斑马鱼仔鱼中巨噬细胞和中性粒细胞数量且显著降低斑马鱼早期宿主的抗菌能力；而在野生斑马鱼胚胎暴露实验中发现免疫相关基因和指标的表达受到PFASs的显著诱导。同时，在上述指标中，不同PFASs的影响程度与碳链长度呈正相关，表明随着PFASs碳链长度的增加，其免疫毒性可能更强。

此外，PFASs还能激活斑马鱼仔鱼的toll样受体(TLR)以及TLR信号通路相关基因，且分子对接分析结果表明三种PFASs均能与TLR受体结合，而结合能力强弱顺序也与碳链长度呈正相关，这可能是引起不同程度免疫毒性的原因。在进一步研究中，利用受体基因敲除和TLR受体抑制剂共暴露实验发现可显著缓解不同PFASs诱导的免疫毒性，确认TLR信号通路是介导PFASs免疫毒性的潜在分子机制。

不同PFASs与toll样受体2 (TLR2)的结合性能以及暴露后对TLR信号通路的激活。(A) AutoDock Vina软件的分子对接模拟结果表明PFASs与TLR2的结合力较强；(B) PFBA、PFOA和PFNA与TLR2的结合能(ΔG)；PFBA、PFOA和PFNA暴露后斑马鱼仔鱼体内TLR通路相关基因mRNA水平的诱导。

综上所述，本论文研究结果证明了PFASs在斑马鱼体内因碳链长度而产生的免疫毒性反应的差异，可为基于不同碳链长度的PFASs毒性作用模式的预测和分类提供新的见解。

2.  全氟壬酸（PFNA）通过影响突触形成信号通路诱导斑马鱼神经毒性

全氟壬酸（PFNA，C9HF17O2）目前在世界范围内的各类水环境中均能广泛检出。生态毒理学和流行病学研究结果表明，全氟化合物暴露与生物体的神经行为变化有关。然而，某些PFASs的生态环境影响和潜在的神经毒性机制尚不清楚，特别是对于早期发育阶段的水生生物。本研究以斑马鱼胚胎为研究模型进行环境相关浓度PFNA的短期暴露实验，并分析转录水平、生化水平、形态学水平和行为等方面的变化全面评估PFNA的神经毒性效应。

通过转录组测序和生物信息学分析预测发现受PFNA暴露影响的关键生物过程和通路主要与神经过程相关，包括synaptogenesis signaling pathway、neurotransmitter synapse和CREB signaling in neurons等；同时，斑马鱼仔鱼体内神经递质（乙酰胆碱、谷氨酸、5-羟色胺、γ-氨基丁酸、多巴胺和去甲肾上腺素）含量显著降低，利用Tg(gad67:GFP)转基因斑马鱼胚胎进行暴露实验后发现PFNA暴露组仔鱼的GABA能神经元数量显著减少；此外，斑马鱼仔鱼的游泳距离、旋转频率和活跃程度也受到PFNA的显著影响，这将PFNA暴露后诱导的分子水平变化与行为结果联系起来，且表明PFNA短期暴露诱导的斑马鱼早期神经毒性。

(A)暴露于0.01、0.1、1、10和100 μg/L PFNA后的受到显著影响的前30条典型通路。红色矩形中的通路是与神经系统相关的通路。(B)突触发生信号通路（synaptogenesis signaling pathway）的失调。绿色代表基因，蓝色和红色箭头的基因分别代表PFNA暴露后显著下调或上调的基因，粉红色区域为神经元中的CREB信号通路（CREB signaling in neurons）。

由于在0.01 μg/L的PFNA暴露后即能引起显著的神经毒性效应，因此本文研究成果应当引起人们对PFNA的健康和生态问题的关注，未来需要对PFNA及其类似化合物进行全面的生态风险评估。

裘文慧为两篇论文的通讯作者，南科大是论文唯一通讯单位，主要合作单位包括江西省科学院和上海大学等。两项成果得到了国家自然科学基金、深圳市科技创新委员会、国家环境保护地表水-地下水污染综合控制重点实验室、广东省土壤与地下水污染控制重点实验室和广东省领军人才计划等的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acs.est.2c06739 

https://doi.org/10.1021/acs.est.2c09716 

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：晏梓添

主图：丘妍

编辑：朱增光