胚胎期接触与环境相关的全氟烷基磺酸（PFAS）浓度会导致鱼苗更容易受到捕食者的攻击

《Aquatic Toxicology》：Embryonic exposure to environmentally relevant concentrations of PFAS cause larval fish to be more susceptible to predation

PFAS亚致死暴露影响两种鱼类幼虫神经行为及生态适应能力， fathead minnow更敏感。摘要：研究比较了PFHxS和PFOS在斑马鱼与 Fathead minnow亚致死暴露下的神经行为效应，发现两者均导致幼虫捕食逃逸反应受损，且后者敏感性更高。生态毒性评估表明，环境浓度PFAS可能通过影响机动能力增加幼鱼被捕食风险，提示需深入探究种间差异机制及生态影响。

　　

埃尔迪丝·阿东戈（Eldith Adongo）| 格蕾丝·维尔斯尼克（Grace Versnik）| 萨曼莎·莱昂斯（Samantha Lyons）| 加文·K·德恩特（Gavin K. Dehnert）| 蒂莎·C·金-海登（Tisha C King-Heiden）

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摘要

行为的变化可以作为环境污染物亚致死暴露所引起的微妙生理变化的生态后果的指标。全氟和多氟烷基物质（PFAS）是普遍存在的环境污染物，据怀疑具有神经毒性，高浓度暴露与神经行为发育异常有关。本研究考察了早期发育阶段暴露于环境相关浓度的全氟己烷磺酸（PFHxS）和全氟辛烷磺酸（PFOS）对两种鱼类——斑马鱼（Danio rerio）和肥头鲦鱼（Pimephales promelas）的影响。除了标准的生存、孵化和生长毒性评估外，我们还比较了不同PFAS类型和物种之间的先天行为反应和功能性行为测试，以评估这些物质对野生鱼类种群健康的潜在风险。生存、孵化和生长受到的影响较小；然而，在两种鱼类中，暴露于任何一种PFAS亚型后，其逃避捕食者的反应能力都受到了损害。当暴露于捕食者时，接触过PFAS的幼鱼更难以逃脱捕食，这与它们的机动性改变密切相关。有趣的是，这些影响与PFAS的亚型无关，而且肥头鲦鱼似乎比斑马鱼更敏感。我们的研究结果表明，地表水中常见的PFHxS和PFOS浓度可能会通过增加幼鱼被捕食的风险来影响其生存。这里观察到的物种间差异需要进一步研究，以全面了解导致不同反应的机制以及PFAS对水生生态系统构成的生态风险。

引言

水生物种在暴露于环境污染物后行为表型的改变越来越被认为与生态适应性的下降有关，然而，污染物对鱼类生态相关行为的影响仍缺乏研究（Bownik & Wlodkowic, 2021; Hellou, 2011; Peterson et al., 2017）。虽然利用胚胎运动活动、避光行为或一般游泳行为（如过度活跃或活动不足）进行的神经毒性筛查有助于表征不同污染物的神经毒性（Haimbaugh et al., 2022; Liu et al., 2023; Truong et al., 2022），但结合多种感官信息来启动特定运动输出的其他行为可能更能作为暴露的综合性生物标志物（Bownik & Wlodkowic, 2021; Hellou, 2011; Peterson et al., 2017）。诸如逃避捕食者的反应、游泳速度、避捕行为和觅食效率等行为都包含了一系列复杂的生理反应，因此即使在不需要显著形态或毒理学变化的较低浓度下也会受到影响（Bownik & Wlodkowic, 2021; Gust et al., 2024; Hellou, 2011; Kasumyan, 2001; Scott & Sloman, 2004）。这些行为的改变具有信息价值，因为它们是生理过程与生态过程之间的纽带，并且可以更直接地预测污染物对生态适应性的影响。

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类人造化学物质，具有独特的化学性质，使其适用于各种工业应用（例如耐高温或防水），包括纺织品、地毯、防油食品级纸张、不粘厨房用具、油漆和化妆品（Kwiatkowski et al., 2020; Leung et al., 2023）。由于其内在稳定性，这些化学物质能够抵抗生物降解、光解、水解和光氧化等过程（Evich et al., 2022; Lewis et al., 2022），因此它们在体内或环境中难以降解（Ehsan et al., 2024; Johnson et al., 2022; Sims et al., 2022）。多年来，人们对PFAS对环境和人类健康的影响越来越担忧，因为它们在土壤、水和生物体等多种环境介质中持续存在（Ackerman Grunfeld et al., 2024; Domingo & Nadal, 2019; Guelfo & Adamson, 2018）。事实上，尽管全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟己烷磺酸（PFHxS）的生产在21世纪初已经逐步停止，但它们仍然经常在地表水、植物和动物体内被检测到（Remucal, 2019）。

PFAS通过多种途径进入地表水，如历史垃圾填埋场的地下水羽流（Roy et al., 2025）、污水处理厂的排放物（Evich et al., 2022; Gardiner et al., 2022; Lindstrom et al., 2011）、生物固体的扩散（Tansel et al., 2024）以及含PFAS的消防泡沫的使用（Jarvis et al., 2021）。地表水污染程度存在地区差异，浓度范围从1.77 ng/L到高达10,800 ng/L不等（Bai & Son, 2021; Breitmeyer et al., 2023; Ikizoglu, 2024; Paige et al., 2024; Ulrich et al., 2024; Viticoski et al., 2022）。由于历史上的广泛工业应用、环境持久性和抗降解性，PFOS和PFHxS是水生环境中最常检测到的PFAS化合物（Ahrens et al., 2011; Benskin et al., 2012; Brown et al., 2023; Nakayama et al., 2019; Remucal, 2019）。越来越多的证据表明，由于这些化合物的广泛分布、持久性和生物累积潜力，它们对水生生态系统构成了重大威胁（Burkhard & Votava, 2023; Cheng et al., 2021; Lewis et al., 2022; Mikkonen et al., 2023; Palmer et al., 2019）。

鉴于这些担忧，PFOS和全氟辛酸（PFOA）的毒性已在鱼类（主要是斑马鱼）中得到了广泛研究，但关于其他PFAS的毒性信息较少。最近两项大规模的PFAS毒性测试（一项包含58种，另一项包含139种）纳入了形态和行为终点，并试图根据不同的化学性质建立结构-活性关系（Rericha et al., 2021; Truong et al., 2022）。总体而言，这些研究表明PFAS对鱼类神经系统特别敏感。研究表明，PFAS可以穿过血脑屏障，干扰神经发育、神经传递和神经细胞功能（Brown-Leung & Cannon, 2023; Starnes et al., 2022; Zhuchen et al., 2023）。在鱼类和细胞培养中的研究表明，PFOS暴露可以改变钙的稳态，破坏神经信号通路，并影响突触可塑性（Brown-Leung & Cannon, 2023; Cao & Ng, 2021）。较高浓度的PFHxS和PFOS与神经炎症增加有关，导致斑马鱼过度活跃和无法膨胀鱼鳔，从而影响游泳性能（Gaballah et al., 2020; Gust et al., 2024; Xie et al., 2024）。还有证据表明，胚胎和幼鱼暴露于250至500 μg/L的PFOS会导致运动障碍、在明暗转换下的过度活跃以及习惯学习能力受损，而0.5至10 mg/L的较高浓度则会导致大脑结构变化、神经组织氧化应激增加和轴突路径异常（Chen et al., 2013; Spulber et al., 2014; Zhuchen et al., 2023）。此外，PFHxS在0.4至20 mg/L的浓度下已被证明会改变游泳模式、降低对视觉刺激的反应以及改变与神经递质相关的基因表达（Ferdous et al., 2024; Gaballah et al., 2020）。然而，这些研究大多是在斑马鱼中进行的，并且使用的浓度远高于水生环境中的实际浓度，因此对于这些神经毒素在环境相关浓度下对斑马鱼和其他物种的影响仍存在知识空白。最近的综述强调了跨物种比较的必要性，以及需要评估涵盖潜在个体和种群水平影响的终点（Ankley et al., 2021; J. W. Lee et al., 2020; Mahoney et al., 2022）。

因此，本研究的目的是填补目前关于两种鱼类幼体长期暴露于环境相关浓度的PFHxS和PFOS后可能出现的神经行为变化的认知空白。除了评估对生存、孵化和生长的影响外，我们还比较了不同PFAS亚型和物种之间的先天行为反应（胚胎运动活动和逃避捕食者的反应）以及功能性行为测试（逃避捕食者测试）。

化学物质和测试物种

PFHxS（CAS编号：355-46-4）和PFOS（CAS编号：1763-23-1）从Alpha Chemistry购买（纯度超过98%），并通过用斑马鱼胚胎培养水或中等硬度的肥头鲦鱼胚胎培养水逐步稀释储备溶液来制备测试溶液。所设定的浓度低于地表水中记录的PFHxS和PFOS浓度（<1 ng/L）

长期暴露于PFHxS或PFOS对一般毒性的影响

PFAS暴露对两种鱼类的孵化成功率影响不大，也没有引起显著的死亡率。PFHxS不会影响斑马鱼（Kruskal-Wallis H=7, p=0.139）或肥头鲦鱼（Kruskal-Wallis H=9, p=0.916）的孵化成功率；然而，长期暴露于348 ng/L的PFHxS的肥头鲦鱼中有25%的孵化成功率下降（χ² = 19）。同样，PFOS的长期暴露也没有影响斑马鱼的总体孵化成功率（Kruskal-Wallis H=6,

讨论

关于幼体斑马鱼和肥头鲦鱼长期暴露于亚致死浓度的PFHxS或PFOS后神经行为变化的实证研究有限。在本研究中，我们发现PFHxS和PFOS的发育暴露在孵化前造成的毒性很小，但可以改变孵化后幼鱼的一些生态相关行为，使它们更容易被捕食者捕食（见补充表3）。总体而言，肥头鲦鱼受到的影响更为明显

结论

总体而言，本研究调查了斑马鱼和肥头鲦鱼在胚胎期暴露于环境相关浓度的PFHxS和PFOS后的神经行为效应。我们的研究表明，长期暴露于环境相关浓度的PFOS和PFHxS可能导致斑马鱼和肥头鲦鱼出现多种亚致死的神经行为改变，其中肥头鲦鱼的表现更为显著。我们的数据继续支持其他研究的结果，即行为分析是

未引用的参考文献

Fitzgerald et al., 2020

CRediT作者贡献声明

埃尔迪丝·阿东戈（Eldith Adongo）：撰写初稿、进行正式分析、数据管理。格蕾丝·维尔斯尼克（Grace Versnik）：数据管理。萨曼莎·莱昂斯（Samantha Lyons）：数据管理。加文·K·德恩特（Gavin K. Dehnert）：撰写、审稿与编辑、概念构思。蒂莎·C·金-海登（Tisha C King-Heiden）：撰写、审稿与编辑、监督、资金获取、正式分析、概念构思。