帕罗西汀（Paroxetine）对冈比亚鱼（Gambusia affinis）的神经行为毒性：行为综合征的出现与单胺能神经传递功能的受损

《Environmental Pollution》：Neurobehavioral toxicity of paroxetine in Gambusia affinis: Dissociated behavioral syndromes and impaired monoaminergic neurotransmission

环丙沙星（PRX）通过非单调重构鱼类的焦虑、社交和探索行为，揭示其神经行为学毒性机制。研究采用多水平方法，在环境相关浓度（100和500 ng/L）下，发现低浓度（100 ng/L）显著影响5-HT和DA水平，并通过基因表达调控（如slc6a4a、htr1b等）及分子对接验证，证实PRX作用于神经递质转运蛋白和受体，导致行为异常。摘要后分隔符：

　　

王明荣|崔玲|王浩青|高一鸣|王在钊

西北农林科技大学动物科学技术学院，中国陕西省杨凌市712100

摘要

帕罗西汀（Paroxetine）是一种强效的选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRI），在水环境中经常被检测到，这引发了对其对非目标生物神经行为影响的担忧。然而，在环境相关浓度下，其神经行为效应及其潜在机制往往被忽视。在这项研究中，我们采用综合多层次方法，探讨了环境相关浓度（100和500 ng/L）的帕罗西汀对西方蚊鱼（Gambusia affinis）的慢性（28天）影响。暴露于帕罗西汀导致行为综合征出现非单调性变化。值得注意的是，100 ng/L的帕罗西汀引起了最显著的变化，它同时减少了类似焦虑的行为和新奇恐惧症，但损害了社交偏好，表明通常相关的行为特征出现了分离。这种行为紊乱是由单胺能神经传递的复杂失调所支持的。在神经化学水平上，100 ng/L的帕罗西汀显著提高了大脑中的5-羟色胺（5-HT）和多巴胺（DA）水平，而在500 ng/L时这些水平恢复正常。分子分析显示了基因表达的协调变化，包括5-羟色胺和多巴胺转运蛋白（slc6a4a, slc6a3）的下调，以及受体基因（htr1b, htr2c, drd1b, drd2a, drd3）的广泛下调，这表明了一种补偿性的神经适应反应。分子对接证实了帕罗西汀对这些关键靶点的高结合亲和力，为这种不良后果途径的启动提供了结构基础。特定行为综合征与改变的神经化学和分子特征之间存在强烈的相关性。我们的发现强调了在精神活性药物的生态风险评估中纳入行为综合征和非单调反应模型的重要性。

引言

选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs）由于其特定的神经活性特性，对水生生态系统构成了日益严重的威胁（Mole & Brooks, 2019; Puckowski et al., 2016）。其中，帕罗西汀（PRX）作为一种广泛用于治疗抑郁症和焦虑症的药物，引起了越来越多的关注（Marks et al., 2008; Wagner et al., 2004）。由于帕罗西汀的全球广泛消费以及其在废水处理过程中未能完全去除，导致其持续排放到水生环境中（Burns et al., 2018; Mole & Brooks, 2019）。因此，帕罗西汀在全球范围内被检测到，其浓度在表层水中可达270 ng/L，在制药厂的排放水中甚至高达3380 ng/L（Kleywegt et al., 2019; Sumpter & Margiotta-Casaluci, 2022; Verlicchi et al., 2012）。更重要的是，其环境持久性和生物利用性得到了证实，因为它在多种野生鱼类物种中具有显著的生物累积潜力，例如Salmo trutta和Ameiurus nebulosus（Chu & Metcalfe, 2007; Grabicova et al., 2017）。鉴于其环境持久性、生物利用性和特定的神经活性特性，帕罗西汀在水生系统中的广泛存在引发了对其对非目标生物潜在影响的严重担忧。

毒理学研究表明，帕罗西汀在水生生物中会引起多种毒性效应。在环境相关浓度（10 ng/L至100 μg/L）下，帕罗西汀已被证明会对藻类产生毒性（Antonopoulou et al., 2022）。对于鱼类而言，帕罗西汀在较高浓度下会产生不同的毒性影响：长期暴露于100 μg/L的帕罗西汀会导致斑马鱼繁殖能力受损（Venkatachalam et al., 2023）；在0.1至10 μg/L的浓度下，斑马鱼幼体的心脏发育受到毒性影响（Zhu et al., 2023）；在20 μM（约6.5 μg/mL）的浓度下，帕罗西汀会对鱼类肝癌细胞系（PLHC-1）产生细胞毒性，24小时后的细胞存活率降至6%（Thibaut and Porte, 2008）。除了这些一般的毒性结果外，帕罗西汀最令人担忧的生态影响可能源于其神经行为效应，因为它特异性地作用于5-羟色胺系统——这是所有脊椎动物中行为的关键调节器。研究记录了鱼类在帕罗西汀暴露后的一系列行为改变，包括在10–100 μg/L浓度下视觉运动反应受损（Ferreira et al., 2023b），在50–200 μg/L浓度下应激反应受到干扰（Huang et al., 2019），在约327 μg/L（1 μM）浓度下焦虑减少（Ferreira et al., 2024），以及在100 μg/L浓度下运动活动改变（Venkatachalam et al., 2023）。尽管有这些一致的帕罗西汀诱导的神经毒性观察结果，但几乎所有现有研究都依赖于远高于环境实际水平的暴露浓度，从而限制了它们的生态相关性。其他SSRIs也报告了类似的神经行为变化：舍曲林在1–100 μg/L浓度下会减少社交互动并增加探索行为（Thoré et al., 2020），氟西汀在5–500 μg/L浓度下会损害寻求庇护的行为并干扰应激引起的运动反应（Valenti et al., 2012）。大量的机制研究已经确定了其他选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRIs），特别是氟西汀，在水生生物中的神经毒性作用机制。氟西汀通过选择性抑制5-羟色胺转运蛋白来增加突触中的5-羟色胺水平，并干扰中枢5-羟色胺神经传递，进而改变与5-羟色胺信号传导相关的基因表达，最终在鱼类中诱导异常的运动和类似焦虑的行为表型（Mennigen et al., 2011; Valenti et al., 2012; Moore et al., 2017; Chai et al., 2021）。相比之下，尽管帕罗西汀暴露鱼类的神经行为表型已被广泛记录，但解释帕罗西汀诱导的神经毒性的系统机制证据仍然非常有限，尤其是在环境相关暴露浓度下。

西方蚊鱼（Gambusia affinis）特别适合用于研究帕罗西汀的慢性、低水平神经行为毒性。作为一种全球引入的卵胎生鱼类，它由于体型小、繁殖快、分布广泛以及对污染物高度敏感，已成为生态毒理学中的成熟模型（Lei et al., 2023; Liang et al., 2023）。它倾向于栖息在受人类影响的浅水道中，因此特别容易通过废水排放物暴露。此外，G. affinis具有丰富多样的行为特征，为检测社交性、抗捕食者反应、觅食和运动方面的微妙变化提供了可靠的指标（Guo et al., 2023; Guzman et al., 2023）。

为了解决这些关键问题，我们在G. affinis中采用了多层次方法：（1）通过全面的测试组合来评估焦虑、探索和社交性行为特征；（2）量化大脑中5-羟色胺和多巴胺水平的相应变化；（3）分析5-羟色胺和多巴胺通路中关键基因的表达；（4）通过分子对接预测帕罗西汀与神经传递相关蛋白之间的直接相互作用。通过将行为分析与潜在的神经化学和分子机制相结合，本研究旨在建立对帕罗西汀生态影响的机制理解，为其生态风险评估提供关键见解。

实验部分

鱼类饲养和暴露

成年野生雌性G. affinis（体长：2.6 ± 0.1 cm）从中国成都市附近的一个淡水湖中采集（北纬104°4′，东经30°40′）。暴露前，这些鱼在装有150 L水的200 L鱼缸中用完全充气的去氯自来水驯养至少两周，每0.83 L水养1条鱼，控制条件包括14/10小时的光照/黑暗周期，水温保持在25 ± 1 °C，并持续充气。每天监测培养水的pH值

暴露浓度的验证

为了确认暴露系统的准确性和稳定性，在28天的暴露期间多个时间点测量了水样中的帕罗西汀浓度（表S1）。100 ng/L名义组的平均浓度为98.5 ± 3.8 ng/L，500 ng/L名义组的平均浓度为492.5 ± 15.4 ng/L。对照水样中未检测到帕罗西汀（LOQ = 5 ng/L）。

生物信息学预测帕罗西汀的神经毒性靶点

采用综合网络毒理学方法来阐明帕罗西汀诱导的

基于网络毒理学的预测和假设构建

网络毒理学分析预测，帕罗西汀的潜在靶点在核心单胺能通路中显著富集，包括“神经活性配体-受体相互作用”和“5-羟色胺突触”（Daina et al., 2019）。单胺能系统的核心作用与已建立的帕罗西汀的哺乳动物药理学一致（Owens et al., 1997），而这些通路在水生物种中的富集强调了它们的进化保守性（Herculano & Maximino, 2014; Norton &

结论

总之，我们的多层次分析表明，在环境相关浓度下长期暴露于帕罗西汀可以重塑鱼类的基本行为结构，通过单胺能神经传递的非单调性失调诱导出分离的表型。这项工作建立了一个从分子水平到生态相关不良后果的连贯的不良后果途径。关键的是，在较低浓度（100 ng/L）下的峰值效应挑战了

CRediT作者贡献声明

王浩青：方法学、研究。高一鸣：监督、正式分析。王在钊：写作——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。王明荣：写作——初稿、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。崔玲：方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化

未引用的参考文献

Gan et al., 2025; Valenti et al., 2012.

注释

王明荣和崔玲对这项工作做出了同等贡献。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

责任声明

所有作者同意对工作的所有方面负责，确保与工作准确性或完整性相关的问题得到适当调查和解决。

利益冲突声明

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致谢

本工作得到了国家自然科学基金（32171626）的财政支持。