DSTs（可能指某种物质或因素）会通过干扰神经递质系统和钙信号传导，从而影响海洋青鱼的游泳能力

《Environmental Pollution》：DSTs may affect the swimming ability of marine medaka by interfering with the neurotransmitter system and calcium signaling

　　陈子敏|李梅琪|蒋静轩|莫艳航|李大伟|李宏业|杨卫东
中国广州510632，济南大学，广东高等教育研究院水生富营养化与有害藻华控制重点实验室，生命科学与技术学院

摘要
腹泻性贝类毒素（DSTs）是海洋环境中分布最广的藻类毒素。尽管DSTs表现出多种毒性作用，但它们对海洋鱼类的神经毒性仍知之甚少。鱼类的游动行为是神经毒性的敏感指标，而运动能力对其生存至关重要。本研究系统地探讨了暴露于产生DSTs的甲藻Prorocentrum lima（2 × 10^6细胞/升）对海洋模式鱼Oryzias melastigma游动行为的影响，并探索了潜在的神经毒性相关机制。暴露96小时后，鱼类的平均游速、加速度和总游动距离显著降低，同时冻结事件增加，游动轨迹也发生了改变。相应地，观察到脑组织损伤，以及乙酰胆碱、多巴胺和血清素等神经递质水平的显著下降。转录组分析表明，DSTs暴露后神经递质系统、钙信号传导和髓鞘形成可能受到干扰。irak4、il-1b、il-12、atr、sesn1和ppm1d的表达改变表明氧化应激和炎症反应被激活，这可能加剧了神经损伤。这种结构损伤还得到了ECM-受体相互作用和局部粘附途径抑制的支持。关键的是，检测到大脑中的DSTs和分子对接结果表明Slco1d1可能参与了DSTs相关的大脑毒性，尽管其在介导DSTs穿过血脑屏障中的作用仍有待验证。总体而言，这些发现表明，产生DSTs的藻类暴露可能会损害海洋鲦鱼的游动行为和神经功能，可能涉及神经递质失调、钙信号传导紊乱、髓鞘形成相关变化以及脑组织损伤。

引言
近年来，由于人类活动的加剧，有害藻华（HABs）的频率和空间范围呈显著上升趋势，对水产养殖及相关产业造成了重大损失（Avdelas等，2021；Brooks等，2016；Brown等，2020）。许多引起HABs的有害藻类能够产生毒素，这些毒素会在贝类和鱼类等海洋生物体内积累，并通过食物链传递给人类，对人类健康构成威胁（Bresnan等，2021；Friedman等，2017；Yuan等，2024）。腹泻性贝类毒素（DSTs）是一组由Dinophysis和Prorocentrum属某些物种产生的亲脂性毒素，主要包括okadaic酸（OA）、dinophysistoxins（DTXs）及其酯类衍生物（Reguera等，2014）。根据HAEDT数据库的数据，1987年至2018年间，与DSTs相关的腹泻性贝类中毒（DSP）事件是欧洲大西洋沿岸最严重的海鲜中毒事件（Bresnan等，2021）。在巴西巴拉那州（PR）沿海的一次大规模HAB事件中，D. acuminata的最大细胞密度达到了5.16 × 10^6细胞/升，覆盖面积约为201平方公里。在超过83%的双壳类样本中检测到了OA，棕色贻贝（Perna perna）中的浓度为7700 ng/g，牡蛎（Crassostrea gasar）中的浓度为3600 ng/g，远超监管限值（Mafra等，2019）。OA和DTX1已成为海洋环境中分布最广的藻类毒素。多项区域海水监测项目显示，在所有检测到的亲脂性毒素中，OA是主要成分（Chen等，2018；Liu等，2025；Wang等，2015）。例如，在西班牙东北部（地中海）的加泰罗尼亚海岸，海水中溶解的OA浓度范围为2.10至1780 ng/L，而颗粒态OA浓度范围为0.09至560 μg/g（Bosch-Orea等，2017）。在中国黄海的海州湾表层海水中，OA浓度范围为11.47至55.85 ng/L，DTX1浓度高达143.14 ng/L（Chen等，2018）。虽然贝类是DSTs的主要携带者，但鱼类也面临暴露的风险。鱼类可以通过直接接触受DSTs污染的海水、摄入产生DSTs的甲藻或捕食受DSTs污染的贝类而摄入DSTs（Corriere等，2021）。例如，在奥兰海（波罗的海北部）发生Dinophysis acuminata藻华后，在底栖肉食性鱼类（比目鱼）的肝脏中检测到了222 ± 10 ng/g的OA（Sipi?等，2000）。在Paranaguá湾的D. acuminata藻华期间，在滤食性鱼类Cetengraulis edentulus的肝脏和肠道混合物中检测到了44.7 ng/g的OA（Mafra等，2014）。因此，阐明鱼类对DSTs的反应及其毒性机制具有重要意义。

DSTs的已知毒性靶点是1型和2型A蛋白磷酸酶，它们通过调节丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化水平在细胞信号传导中起重要作用（Lv等，2025；Valdiglesias等，2013）。鉴于蛋白质磷酸化在神经信号传导、突触功能和神经可塑性中的关键作用（Mansuy和Shenolikar，2006；Foley等，2021），DSTs对PP1和PP2A的抑制可能会破坏关键的磷酸调节回路，从而可能损害神经功能。事实上，除了导致人类腹泻外，DSTs还表现出多种毒性作用，包括细胞毒性、免疫毒性、神经毒性、肝毒性和胚胎毒性（Huang等，2024；Valdiglesias等，2013），尽管并非所有这些毒性作用都可以用PP1和PP2A的抑制来解释。对于鱼类而言，研究表明OA可以损害金头鲷（Sparus aurata）的肝脏和鳃，并导致氧化应激（Souid等，2018），以及损害海洋鲦鱼Oryzias melastigma的肠道屏障完整性和肠道微生物群失衡（Yang等，2024）。鱼类对DSTs的行为反应非常敏感。例如，幼年欧洲鲈鱼（Dicentrarchus labrax）在暴露于产生DSTs的甲藻Prorocentrum lima后表现出异常行为，如反复跳跃、不协调的游动、浮出水面和不动（Ajuzie，2007）。斑马鲷（Diplodus cervinus）在喂食富含OA和DTX1的饲料三天后，其游动能力显著下降（Corriere等，2020）。然而，目前对鱼类中DSTs诱导的神经毒性的理解仍然不足，尤其是在行为障碍与神经损伤之间的关联方面。

鱼类的行为不仅对个体的生存和繁殖至关重要，还影响种群动态、群落结构和生态系统的生物多样性（Mittelbach等，2014）。在这些行为指标中，游动表现特别具有信息价值，因为它是神经系统、感觉系统和运动系统的综合输出，因此对神经毒性干扰非常敏感（Lin等，2024；Feng等，2024）。鉴于其直接与摄食、躲避捕食者、迁徙和繁殖相关的生态重要性，游动表现比单纯的分子变化更能直接反映DST暴露对鱼类个体行为表现和生态适应性的影响。因此，研究DSTs对鱼类游动行为及其潜在机制对于理解DST相关HABs对鱼类种群的影响具有重要意义。最近的一项研究在转录组水平上分析了OA对海洋鲦鱼幼体的影响（Yang等，2023）。他们发现，在暴露于0.38 μg/mL OA后，与突触囊泡循环、谷氨酸能突触和长时程增强（LTP）途径相关的基因在海洋鲦鱼幼体（1个月大）中显著下调。这项研究为理解DSTs引起的鱼类行为变化提供了新的视角。然而，DST暴露下的行为障碍与神经功能障碍之间的关联仍不清楚。

随着全球变暖和沿海富营养化的持续加剧，HABs的频率、强度和持续时间都在增加，从而促进了海洋藻类毒素的积累和传播（Basti等，2018；Bresnan等，2021；Zoffoli等，2025）。因此，不应低估DSTs对水生生物，特别是鱼类行为和神经功能的潜在威胁。海洋鲦鱼O. melastigma是由香港城市大学建立的海洋模式生物。该物种具有多个优势，包括繁殖周期短、性别易于区分、性成熟快（3-4个月内）、适应性强、繁殖力高和胚胎透明等。更重要的是，O. melastigma的整个基因组已被测序（Dong等，2014）。由于这些特点，O. melastigma被广泛用作研究环境污染物对水生生物毒性的模式物种（Li等，2022；Zhang等，2021）。先前的研究使用O. melastigma作为模型来研究OA引起的神经毒性（Yang等，2023）。此外，其游动行为也被广泛用于评估环境污染物的毒性（Feng等，2024；Gao等，2025），这支持了其作为毒理学模型的适用性。然而，关于该物种中DSTs诱导的行为效应的研究仍然有限。

在这项研究中，使用O. melastigma作为模式生物，并选择P. lima作为DSTs的来源。基于HABs期间通常观察到的有毒藻类细胞浓度水平（0 ～ 2.4 × 10^6细胞/升（Turkoglu，2016），结合行为测定、神经递质分析、脑组织病理学和转录组测序，系统地研究了DSTs诱导的鱼类行为改变的潜在机制。我们假设DSTs暴露可能通过破坏神经递质平衡和神经信号通路来诱导神经毒性，从而导致鱼类行为障碍。因此，本研究特别关注神经递质和神经信号通路的变化，旨在弥合DSTs的神经毒性与鱼类行为改变之间的差距。

动物和材料
所有动物实验均按照中国科学院动物研究伦理委员会的指南和批准进行（批准号IACUC-20,211,027-01）。鲦鱼O. melastigma被饲养在装有人工配制海水的透明玻璃水箱中（盐度30），温度为25°C，持续供氧。光照周期为14小时光照/10小时黑暗。每天上午9:00喂食新鲜孵化的卤虫。

海洋鲦鱼游动能力的变化
如图1A和B所示，H组的平均游速和平均加速度显著低于C组（p < 0.05）。与C组相比，L组显示出下降趋势，但无统计学意义。在总游动距离方面（图1C），H组和L组显著短于C组。H组的冻结事件频率显著高于C组（图1D）。此外，在喂食P. lima后，...

海洋鲦鱼在暴露于产生DSTs的藻类后游动表现障碍的潜在机制
随着人类活动的加剧，HABs的频率不断增加，海洋生物暴露于DSTs的风险也在增加。尽管鱼类对DSTs暴露非常敏感，但关于DSTs对鱼类行为毒性的研究仍然有限。在这项研究中，我们研究了DSTs对鲦鱼的行为毒性。暴露于P. lima 96小时后，鲦鱼表现出显著的神经行为障碍，包括游速降低、...

结论
本研究系统地研究了暴露于P. lima对O. melastigma神经系统和运动行为的影响。结果表明，暴露于产生DSTs的藻类后，海洋鲦鱼的行为障碍与神经递质系统、钙信号传导和髓鞘形成的紊乱有关。此外，在脑组织中检测到OA和DTX1，结合分子对接分析表明Slco1d1可能促进毒素的吸收，提供了...

作者贡献声明
莫艳航：方法学。蒋静轩：方法学。李梅琪：方法学。陈子敏：撰写——原始草稿、可视化、方法学、正式分析。李宏业：监督、方法学。李大伟：撰写——审稿与编辑、监督。杨卫东：撰写——审稿与编辑、监督、方法学、概念化。

利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢
本研究得到了国家自然科学基金（42476125, 42076143）和广东省基础与应用基础研究基金（2024A1515010494）的支持。