气候变化导致的海洋生态系统中已知和新兴生物毒素的潜在增加及随之而来的健康问题

《Foods》：Potential Increase in Known and Emerging Biotoxins in Marine Ecosystem Due to Climate Change and Subsequent Health Issues

　　

气候变化正在加剧将各种有害化学物质释放和扩散到海洋生态系统中，例如藻类生物毒素、重金属、持久性有机污染物以及农业和工业废物。富营养化和全球变暖导致已知和新兴海洋生物毒素（如brevetoxins（BTXs）、palytoxins（PLTXs）、pinnatoxins（PnTXs）和cyclic imines（CIs））的增加。此外，原本主要存在于热带地区的tetrodotoxins（TTXs）和ciguatoxins（CTXs）最近已在温带地区的鱼类和双壳软体动物中被发现，而这些地区此前从未报道过它们的存在。这些有毒物质可以在海产品中积累并进入人类食物链，构成公共卫生问题。本综述描述了气候变化及其对海洋生物、人类健康以及环境之间的相互关系。它建议整合广泛的科学知识，审查监管政策，并积极管理公共卫生以应对这些环境威胁。

1. 引言
气候变化是由自然过程和人类活动共同引发的复杂现象。政府间气候变化专门委员会（IPCC）利用风险指数评估全球不同地区的暴露度和脆弱性，以主动应对气候相关紧急情况。2011–2020年全球地表温度较1850–1900年升高了0.95 ^°C至1.20 ^°C，且由于温室气体（GHG）排放，全球变暖将持续，到2100年可能达到或超过1.5 ^°C。GHG主要来自CO₂，2019年78%的GHG排放源于能源、工业、交通和建筑部门。气候变化会加剧许多问题，包括新兴或再现疾病、人畜共患病、外来入侵物种等，从而影响食品和饲料安全以及人类健康。欧洲食品安全局（EFSA）的“气候变化与食品安全新兴风险”（CLEFSA）项目旨在整合多学科知识，理解全球变暖与气候变化带来的综合风险。全球变暖改变植物生长和生物多样性，使亚热带作物病虫害向新地理区域移动，甚至导致北极地区“僵尸病原体”复活。同时，冻土融化释放长期封存的污染物。气候变化还导致海洋、真菌和植物类生物毒素的增加和扩散。本综述旨在探讨海洋生态系统中已知和新兴生物毒素的增加问题，这一现象因气候变化而加剧，可能影响未来全球生命。

2. 富营养化与有害藻华
海洋生态系统中，气候变化导致海水变暖、酸化、分层和海平面上升。预计到2100年，海洋pH值将下降0.3–0.4单位，海平面每年上升约3 mm。这些变化改变海水盐度、pH和营养状态，促进产生海洋生物毒素的有害藻华（HABs）生长。富营养化与气候变异是HAB扩张和加剧的潜在驱动因素，对海洋生态系统、渔业和人类健康产生负面影响。微藻高密度导致水体变色和浑浊，引起鱼类缺氧死亡。全球浮游植物地理分布主要受盐度和海水温度影响，但大气CO₂增加引起的酸化也可能通过促进微藻生长而改变其生态。影响HAB增殖的环境因素包括光强度、温度、盐度、酸化和营养浓度。全球变暖使HAB从热带扩展到温带，如加拿大、美国、欧洲和地中海。较高的海表温度与HAB生长速率加快和生长季节延长相关，但影响具有物种特异性。硅藻和甲藻是HAB的主要浮游植物群落，硅藻具有硅化细胞壁，甲藻则通过双鞭毛在分层寡营养水中垂直迁移。常见有害微藻属包括Alexandrium、Gymnodinium、Dinophysis和Pseudo-nitzschia。联合国教科文组织政府间海洋学委员会（IOC）编制了有害微藻分类参考列表，列出甲藻7目23属，硅藻仅包含Nitzschia和Pseudo-nitzschia属。HAB产生海洋生物毒素（即藻毒素），包括麻痹性贝毒（PSP）、失忆性贝毒（ASP）和腹泻性贝毒（DSP）。石房蛤毒素（STX）和软骨藻酸（DA）分别导致PSP和ASP，冈田酸（OA）和鳍藻毒素（DTXs）属于DSP毒素。海洋生物毒素还可根据化学结构分类：STX和DA亲水，OA、DTXs、azaspiracids（AZAs）、pectenotoxins（PTXs）和yessotoxins（YTXs）亲脂，短裸甲藻毒素（BTXs）为两亲性。BTXs导致神经毒性贝毒（NSP），被认为是新兴海洋生物毒素。环亚胺（CIs）包括spirolides（SPXs）、gymnodimines（GYMs）、pinnatoxins（PnTXs）和pteriatoxins（PtTXs），可通过小鼠生物试验（MBA）检测。滤食性双壳贝类是人体暴露的主要来源，欧盟法规（EU）2019/627规定了监测频率和分析方法，STX采用高效液相色谱-荧光检测（HPLC-FLD），DA采用高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV），亲脂性毒素采用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS），新兴毒素采用MBA或其他方法。

2.1 已有并监管的海洋生物毒素
STX及其类似物由Alexandrium等甲藻产生，通过阻断电压门控钠通道引起PSP，症状包括口腔感觉异常、视觉障碍、肌肉麻痹和肌痛，严重时可致呼吸麻痹死亡。STX产毒物种分布全球，西班牙、葡萄牙和英国曾报告严重PSP事件。DA由Nitzschia、Pseudo-nitzschia和Amphora硅藻产生，是一种兴奋性二羧氨基酸，持续刺激神经元导致海马神经元坏死，引起ASP，症状包括头晕、定向障碍、记忆丧失，严重时可昏迷死亡。ASP产毒藻类在加拿大、新西兰、加利福尼亚海岸和多个欧洲国家检出。OA和DTX由Dinophysis和Prorocentrum甲藻产生，引起DSP，症状包括恶心、呕吐、腹泻，通常不致命。在地中海沿岸地区频繁检出，意大利亚得里亚海贻贝中OA和YTXs浓度有时超标。AZAs最初归入DSP组，后因化学结构和作用机制差异独立成组，由Azadinium和Amphidoma属产生，引起azaspiracid贝毒（AZP），症状包括DSP样症状及头痛、头晕、心血管效应。YTXs由Protoceratium reticulatum等甲藻产生，对人类未表现出毒性，但对大鼠有细胞毒性和潜在心脏毒性。欧盟法规（EC）853/2004设定了活双壳贝类中海洋生物毒素的最大限量：STX为800 μg/kg，OA/DTX/AZA为160 μg/kg，DA为20 mg/kg，YTX为3.75 mg/kg。Codex Alimentarius增加了BTX的最大限量（200鼠单位/kg）。美国食品药品监督管理局（USFDA）也制定类似计划。值得关注的是，在非双壳贝类如龙虾、螃蟹、远洋鱼类、腹足类、棘皮动物和头足类中也检测到生物毒素，提示需关注尚未完全纳入监测的替代宿主。

2.2 尚未监管的海洋生物毒素
BTXs是脂溶性耐热环状聚醚化合物，由Karenia brevis甲藻产生，通过食用双壳贝类引起NSP，症状包括恶心、呕吐、腹泻、感觉异常、共济失调、心动过缓，严重时昏迷。BTX还可通过吸入或皮肤接触引起呼吸道刺激和皮肤刺激。BTXs在墨西哥湾至佛罗里达、西印度群岛和新西兰报道，近期在法国地中海科西嘉岛贻贝中检出，最大浓度达345 μg/kg（消化腺）。Palytoxins（PLTXs）和ovatoxins（OVTXs）由Ostreopsis属产生，最初存在于热带地区，现已扩散到温带纬度（特别是地中海）。PLTXs通过多种途径暴露，症状包括恶心、呕吐、眩晕、四肢麻木、肌肉痉挛、呼吸困难、心动过缓，严重时死亡。OVTX中毒表现为流感样症状、眼部刺激和呼吸窘迫。环亚胺（CIs）包括SPXs、GYMs、PnTXs和PtTXs，对急性毒性尚未在人体中证实，但通过MBA发现其导致小鼠快速死亡的作用。SPXs由Alexandrium ostenfeldii和Alexandrium peruvianum产生，分布广泛；GYMs由Karenia selliformis产生，PnTXs由Vulcanodinium rugosum产生。这些毒素在加拿大、阿根廷、欧洲、中国、新西兰等地检出。尽管尚无人类中毒案例，但全球变暖导致暴露增加，LC-MS/MS分析显示西班牙加利西亚和意大利亚得里亚海北部贻贝中含有SPX和GYM。CLEFSA项目将一些海洋生物毒素（DA、OA、PLTXs、PnTXs、TTXs和CTXs）视为新兴问题，建议持续监测和数据收集，并建立专家网络进行风险表征。

3. 含有神经毒性海洋生物毒素的有毒鱼类
上述毒素主要存在于双壳贝类，而雪卡毒素（CTXs）和河豚毒素（TTXs）的人体暴露来源主要是特定科鱼类或污染区域鱼类。欧盟法规禁止销售含有TTX的河豚科、翻车鲀科、刺鲀科和扁背鲀科鱼类，以及含有CTX或肌肉麻痹毒素的鱼类。TTX近期在欧洲水域的双壳贝类和海螺中检出，CTX也在巨蛤和海胆等海洋生物中发现。

3.1 雪卡毒素起源与毒性
雪卡鱼中毒（CFP）由食用热带珊瑚礁鱼引起，CTX由底栖甲藻Gambierdiscus（19种）和Fukuyoa（4种）产生。CTX通过食物链在草食性、碎屑食性及捕食性鱼类中累积，超过400种鱼为潜在载体。CFP最初局限于热带和亚热带（纬度35° N–35° S），现因海洋变暖扩展至温带水域，如韩国、日本、加那利群岛、地中海等。CFP症状包括胃肠道症状（腹泻、呕吐、腹痛），12 h后出现，持续24–48 h；神经系统症状（感觉异常、冷异常性疼痛）为其特征，可长期持续。USFDA对CTX设定了0.1 μg/kg的指导水平，BTX为800 μg/kg；欧盟未设限量，但禁止销售可疑鱼。

3.2 河豚毒素在有毒鱼类科及其他海洋生物中的存在
TTX主要存在于河豚（Tetraodontidae科），日本称“Fugu”，设有2 mg TTX/kg肉组织的食用限量。TTX分布于鱼皮、肝、性腺、肠等部位，随季节变化。其来源可能与甲藻（Alexandrium、Prorocentrum）或多种海洋细菌（Vibrio、Aeromonas等）有关。尽管TTX中毒主要在亚洲报道，但近年在地中海欧洲水域也发现含TTX的鱼类（如Lagocephalus sceleratus），通过苏伊士运河从印度洋入侵。欧盟法规禁止销售河豚等有毒鱼类。此外，全球南北半球均报告了受TTX污染的双壳贝类增加，海水pH和温度升高可能促进产TTX微生物生长。TTX通过选择性阻断电压门控钠通道发挥毒性，症状包括口周麻木、头痛、肌肉麻痹、呼吸衰竭死亡。TTX与STX作用机制相似但化学结构不同，酸性环境（如气候变化导致酸化）可能增强其毒性，因为质子化形式与钠通道静电相互作用更强。

4. 挑战与未来展望
加速的气候变化加剧了全球海洋生态系统中产毒藻类的存在，未来对所有受影响区域（水体、食物、海洋生态系统、人类）的风险预计显著增加。联合国教科文组织政府间海洋学委员会（IOC）发起全球文献检索项目，建立可靠的有毒藻类分类数据库（OBIS），并维护HAB事件数据库（HAEDAT）。统计模型和过程模型被用于将全球气候模型预测与HAB响应联系起来，但需要长期监测数据并考虑自然变量。减少温室气体排放、加强早期预警系统（EWSs）、促进国际合作和提高公众意识是关键措施。EWSs可通过浮游植物/毒素监测公告、粒子追踪系统或统计模型实现，在线监测系统能自动追踪浮游植物和水质参数。预防政策包括监测计划、生态系统管理、减少营养输入、建设绿色基础设施；缓解措施基于物理方法（如粘土絮凝）、生物方法（如溶藻细菌）或化学方法（如过氧化氢），以及采收禁令和毒素限量。

5. 结论
在“一体健康”方法框架下，采取主动措施可减轻未来世代面临的气候相关毒理学风险。监管机构和公共卫生当局应加强环境政策以管控新兴毒素并实施早期预警系统。产业界应采纳可持续实践以减少污染源和废物。科学家应发展跨学科方法，整合毒理学、气候科学和公共卫生，确保社区和人群优先获得人类毒理学警报信息。