野生鸭体内甲基汞解毒的比较：对野生动物和人类健康的启示

《Environment & Health》：Comparing In Vivo Methylmercury Detoxification in Hunted Duck: Implications for Wildlife and Human Health

　　

大盐湖（GSL）水禽体内汞（Hg）浓度升高，神经毒性且具生物累积性的甲基汞（MeHg）可通过汞-硒（Se）络合作用发生体内解毒，从而影响汞消费警示的适用性。本研究报道了来自GSL两种鸭类——北琵嘴鸭（Spatula clypeata）和桂红鸭（Spatula cyanoptera）的大脑、胸肌、肝脏和肾脏组织样本的汞化学形态及汞稳定同位素测量结果。化学与稳定同位素测量，结合高能量分辨率荧光检测X射线吸收近边结构（HERFD-XANES）光谱，表明两种鸟类体内均发生了MeHg去甲基化。MeHg占总汞（THg）的百分比（%MeHg）随组织类型而异（大脑 > 胸肌 > 肾脏 > 肝脏），且δ²⁰²THg与δ²⁰²MeHg的差异与%MeHg呈线性相关。去甲基化的无机汞在两种鸟类体内均为Hg-二硫醇盐（Hg(SR)₂）与Hg-四硒醇盐（Hg(Sec)₄）的混合物。值得注意的是，北琵嘴鸭肝脏THg浓度显著高于桂红鸭（分别为7.54 ± 4.69 mg/kg 干重与2.19 ± 1.27 mg/kg 干重），且肝脏%MeHg值显著较低（40% ± 19% 对比 68% ± 14%），表明两种鸟类在汞解毒与清除能力上存在分类学差异。本研究中水禽的THg浓度与先前报道水平相当，表明过去二十年间GSL北琵嘴鸭与桂红鸭体内汞浓度持续偏高。由于体内去甲基化作用，研究表明THg并不能有效替代MeHg来评估鸭类体内的甲基汞水平，这对当前GSL水禽消费警示及暴露风险评估具有重要意义。本研究揭示了不同水鸟类群间MeHg解毒的重要差异，并进一步阐明了对GSL水鸟汞毒性风险的认知。

**论文解读：大盐湖水禽体内甲基汞解毒机制及其对野生动物与人类健康的影响**

**研究背景与问题**

大盐湖（Great Salt Lake, GSL）是美国犹他州重要的湿地生态系统，每年有超过1000万只水鸟在此迁徙、繁殖或停歇。然而，2005–2006年间，因发现北琵嘴鸭、桂红鸭和普通金眼鸭等水禽胸肌中总汞（THg）浓度超过美国环保署（EPA）针对甲基汞（MeHg）设定的0.3 mg/kg湿重筛查值，GSL首次对三种鸭类发布了汞消费警示。MeHg是一种神经毒性强且具有生物放大效应的有机汞形态，主要经食物链传递在高等生物体内累积。尽管MeHg是主要毒性形态，但以往监测中常以THg浓度作为MeHg的替代指标，这一假设忽略了生物体内可能发生的汞形态转化（如去甲基化）。近年监测显示，2021年秋北琵嘴鸭和桂红鸭胸肌汞浓度下降，消费警示一度解除；但2024–2025年监测中北琵嘴鸭汞浓度再次升高，警示恢复。这种波动提示汞生物累积存在时空异质性，且体内解毒过程可能影响风险评估的准确性。

**研究目的与主要发现**

研究人员系统采集了2021–2022年间GSL东部湿地（法明顿湾、奥格登湾、哈罗德·克兰保护区）的北琵嘴鸭（8只）和桂红鸭（9只）成年个体，获取其大脑、肝脏、肾脏及胸肌组织，结合汞浓度分析、化学形态鉴定（HERFD-XANES）及汞稳定同位素测量，旨在明确两种鸭类体内MeHg解毒路径及种间差异，并评估解毒作用对野生动物毒性风险及人类消费警示的影响。研究发现，两种鸭类均存在高效的MeHg体内去甲基化，去甲基化产物为Hg(Sec)₄（Hg-四硒醇盐）和Hg(SR)₂（Hg-二硫醇盐），未检测到纳米颗粒态HgSe(s)。肝脏是主要解毒器官，北琵嘴鸭肝脏中%MeHg（40% ± 19%）显著低于桂红鸭（68% ± 14%），表明北琵嘴鸭具有更强的解毒能力。汞稳定同位素分析显示，δ²⁰²THg与δ²⁰²MeHg的差值（δ²⁰²THg–δ²⁰²MeHg）与%MeHg呈线性相关，计算得到北琵嘴鸭和桂红鸭去甲基化反应产物-反应物同位素富集因子（ε_p/r）分别为?2.6 ± 0.4‰和?2.5 ± 0.2‰，与先前水鸟研究结果一致。研究还发现，若以THg作为MeHg替代指标，会高估人类通过食用胸肌和肝脏的暴露风险——例如北琵嘴鸭肝脏THg浓度对应高伤害风险，但实际MeHg浓度仅对应低风险。此外，尽管GSL深层卤水层（DBL）曾报道高MeHg浓度，但DBL消失期（2013–2016年）并未导致水禽汞负荷下降，暗示其他因素（如近岸污染源、食性差异）主导汞生物累积的年际变化。

**关键技术方法**

研究采用以下核心分析手段：1) **汞浓度测定**：热分解法（EPA Method 7473）测定THg，乙基化-气相色谱-冷原子荧光光谱法（EPA Method 1630）测定MeHg，结果以干重表示并换算为湿重；2) **汞化学形态鉴定**：利用高能量分辨率荧光检测X射线吸收近边结构（HERFD-XANES）光谱对部分组织（9个样本）进行汞形态拟合，参考谱包括MeHg-Cys、Hg(SR)₂、Hg(Sec)₄、Hg(Sec)₂和纳米HgSe(s)，通过迭代因子分析（ITFA）和最小二乘拟合（LSF）定量各形态比例；3) **汞稳定同位素分析**：使用多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定THg和MeHg的δ²⁰²Hg、Δ¹⁹⁹Hg等，以NIST 3133为标准，通过标准-样品交叉法校正质量偏差；4) **毒性风险评估**：应用鸟类汞工具（Bird Mercury Tool）将组织汞浓度转化为成体血当量浓度，与毒性参考值（TRVs）比较，划分无、低、中、高、严重五个伤害等级。样本来源于犹他州野生动物资源部（UTDWR）在2021–2022年和2008年的采集，包括北琵嘴鸭（n=8）和桂红鸭（n=9。

**研究结果**

**结果1：组织汞浓度与形态分布**
THg浓度在两种鸭类中均呈现肝脏>肾脏>胸肌>大脑的趋势，但北琵嘴鸭肝脏THg浓度（7.54 mg/kg干重）约为桂红鸭（2.19 mg/kg）的3.4倍（p<0.01）。MeHg浓度差异较小，但%MeHg呈现大脑>胸肌>肾脏>肝脏的梯度，北琵嘴鸭肝脏%MeHg（40%）显著低于桂红鸭（68%）（p<0.01），表明北琵嘴鸭肝脏去甲基化程度更高。HERFD-XANES拟合显示，大脑和胸肌中主要形态为MeHg-Cys，而肝脏和肾脏中去甲基化产物为Hg(Sec)₄和Hg(SR)₂的混合物，未发现HgSe(s)。

**结果2：汞稳定同位素特征**
Δ¹⁹⁹THg在不同组织间保持恒定（除北琵嘴鸭1号个体肝脏异常高），表明内部汞转化未导致奇数质量非质量分馏（MIF），Δ¹⁹⁹Hg/Δ²⁰¹Hg斜率（1.12–1.13）与GSL无脊椎动物及水体光化学降解信号一致，说明MIF信号来源于食物链积累前。δ²⁰²MeHg在不同组织间变异极小，支持开放系统模型（持续饮食输入MeHg）。δ²⁰²THg–δ²⁰²MeHg与%MeHg呈显著线性相关（北琵嘴鸭R2=0.94，桂红鸭R2=0.92），据此得到的去甲基化同位素富集因子ε_p/r与文献值吻合。

**结果3：种间解毒差异**
北琵嘴鸭肝脏%MeHg显著低于桂红鸭，且脑归一化THg浓度与%iHg呈正相关（p<0.01），而桂红鸭无此关系，提示北琵嘴鸭对去甲基化产物（如Hg(Sec)₄）的清除速率较慢。两种鸭类均未观测到明确的肝脏去甲基化阈值（如avocet和tern中报道的9.9 mg/kg），说明鸭科（Anatidae）可能具有较低阈值的持续解毒能力。去甲基化产物主要为Hg(Sec)₄和Hg(SR)₂，与先前在Clark's grebe、Forster's tern及帝企鹅中的结果一致。

**结果4：对消费警示与野生动物风险评估的影响**
2021–2022年，北琵嘴鸭和桂红鸭胸肌THg均值分别为0.339和0.220 mg/kg湿重，前者超过EPA MeHg标准0.3 mg/kg。但若以实测MeHg计，北琵嘴鸭胸肌MeHg均值为0.244 mg/kg，低于标准。肝脏情况更显著：北琵嘴鸭肝脏THg均值2.35 mg/kg，但MeHg均值仅0.880 mg/kg。应用鸟类汞工具评估北琵嘴鸭3号个体，肝脏THg对应“高”风险，而肝脏MeHg仅对应“低”风险。这表明使用THg作为MeHg替代物会严重高估毒性风险。此外，2004–2025年监测数据显示北琵嘴鸭胸肌THg浓度存在显著年际波动（2005年高达3.22 mg/kg，2024–2025年回升至0.665 mg/kg），可能受近岸污染源（如西北油渠）及深层卤水层混合影响。

**总结讨论**

研究证实GSL两种鸭类均存在高效的MeHg体内去甲基化，解毒产物为Hg(Sec)₄和Hg(SR)₂，未形成HgSe(s)。种间解毒效率差异（北琵嘴鸭>桂红鸭）可能源于生理差异（如硒蛋白表达或酶活性），而非单纯汞负荷驱动。由于Hg(Sec)₄的Hg/Se摩尔比为1:4，以往基于1:1摩尔比假设的Se保护效应可能高估Se的解毒能力，但GSL高硒环境可能弥补这一风险。研究强调，在制定消费警示和野生动物风险评估时，必须考虑汞形态，而非仅依赖THg浓度。结论指出：尽管体内去甲基化可缓解汞毒性，但THg作为MeHg替代指标在可解毒物种中会产生误导；需进一步探究生物地球化学驱动因子（如MeHg生产、近岸汞源、食性）以解释GSL水禽汞负荷的空间与年际变化。论文发表于《Environment》。