热应激下的大脑：斑马鱼中的表观遗传学和线粒体特征

《Molecular Neurobiology》：Heat-Stressed Brains: Epigenetic and Mitochondrial Signatures in Zebrafish

气候变化导致的高温胁迫对斑马鱼幼体神经发育的影响：研究显示34℃高温引发发育畸形、生存率下降及脑神经退化，机制涉及氧化应激（8-OHdG/4-HNE升高）、表观遗传重塑（DNMT3A/HDAC1上调，TET1下调）、内质网应激（ATF4/XBP1上调）和线粒体功能障碍（COX1下调），同时伴随胶质激活（GFAP/NFL上调）和神经损伤。

　　

摘要

由于气候变化导致的水温升高对水生生物构成了重大威胁，尤其是在其早期神经发育阶段。预计到本世纪末，全球气温将会上升，水生生态系统也会出现类似的变化。在本研究中，我们探讨了高温（28°C、31°C和34°C）对斑马鱼（Danio rerio）幼体的影响，重点关注其形态学特征、脑组织病理学、氧化应激以及关键分子通路。热暴露导致发育畸形率随温度升高而增加，存活率下降，并通过组织学检查证实了神经退化现象。免疫组化分析显示脑组织中8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG）和4-羟基壬烯醛（4-HNE）的水平升高，表明存在氧化应激。分子分析结果表明，表观遗传调控因子（dnmt3a、hdac1）的表达上调，而tet1的表达下调；神经内分泌应激标志物pomca以及蛋白质应激反应介质（atf4、xbp1）的表达也有所增加。线粒体基因（cox1表达下调，cox4表达变化不定）也表现出与温度相关的变化。定量RT-PCR检测显示，随着温度的升高，GFAP和Nfl的表达逐渐上调。生化检测表明ATP和活性氧（ROS）水平同时升高。ELISA分析显示5-甲基色胺（5-mC）、皮质醇、去甲肾上腺素、BDNF、IL-6、HSP-70和TNF-α的水平随温度升高而升高。这些发现共同表明，热应激会引发一系列协同反应，包括氧化应激、表观遗传重塑、内质网应激、线粒体功能障碍、胶质细胞激活和神经元损伤。研究结果突显了发育中的斑马鱼大脑中多个生物系统的脆弱性，并揭示了全球气温升高可能如何影响水生生物的神经发育机制。