长期暴露氯氰菊酯对养殖鱼类的毒性转录组学研究：揭开潜在危害的面纱

《Scientific Reports》：Comparative toxicotranscriptomics of longterm cypermethrin exposure to aquacultured fish Labeo catla (Catla)

为探究氯氰菊酯（CYP）对鱼类毒性的分子机制，研究人员对 Labeo catla 进行转录组分析，发现其可致凋亡及类固醇合成异常。

　　### 研究背景：农药背后的隐藏危机
在人口不断增长的当下，农药为农业增产立下了 “汗马功劳”。然而，它却像一把双刃剑，在带来好处的同时，也引发了诸多环境和健康问题。氯氰菊酯（CYP）作为一种广泛使用的合成拟除虫菊酯，在全球范围内被大量应用于农业、卫生害虫防治等领域。但它在环境中的残留，却让许多非靶标生物深受其害，尤其是鱼类。鱼类不仅是重要的食物资源，在生态系统中也占据着关键地位。CYP 会在鱼体内蓄积，影响其生长、繁殖，甚至威胁整个水生生态系统的平衡。此前虽有关于 CYP 毒性的研究，但对于其长期暴露对鱼类大脑和肝脏的影响，以及背后的分子机制，仍然是未解之谜。为了揭开这些谜团，来自中国水产科学研究院淡水渔业研究中心（ICAR - Central Inland Fisheries Research Institute）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究方法：多技术协同探索奥秘

研究人员主要运用了转录组测序技术、实时荧光定量聚合酶链式反应（qPCR）技术和分子对接技术。他们选取了印度主要鲤鱼品种 Labeo catla，将其分为实验组和对照组，实验组长期暴露于 0.7 μg/L 的 CYP 环境中，这一浓度为之前研究所得 96 h 半数致死浓度（LC50）的十分之一。实验结束后，采集鱼的大脑和肝脏组织，提取 RNA 进行转录组测序，筛选出差异表达基因（DEGs）。之后，通过 qPCR 对部分关键基因的表达进行验证。最后，利用分子对接技术，探究 CYP 与关键蛋白之间的相互作用。

研究结果：多层面揭示毒性影响

1. 水质与抗氧化酶变化：实验期间，CYP 处理组和对照组的水质特征无显著差异。但长期暴露于 CYP 的 Labeo catla，其大脑和肝脏组织中的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性以及丙二醛（MDA）含量均显著增加，这表明 CYP 引发了鱼体的氧化应激反应。
2. 转录组分析与 DEGs 鉴定：转录组测序分析发现，Labeo catla 大脑样本中有 26665 个基因表达出现差异，其中 132 个基因显著上调，201 个基因显著下调；肝脏样本中有 18020 个独特基因表达不同，186 个基因上调，268 个基因下调。
3. DEGs 功能注释与通路富集分析：基因本体（GO）注释显示，大脑转录组中 DEGs 主要涉及细胞内结构、生物调节和结合功能；肝脏转录组中则主要与线粒体、氧化还原酶活性和小分子代谢过程相关。京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析表明，大脑中上调的 DEGs 主要参与丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路和 p53 信号通路，下调的与神经活性配体 - 受体相互作用和 p53 信号通路有关；肝脏中上调的 DEGs 与代谢通路、类固醇生物合成和 MAPK 信号通路相关，下调的涉及过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）信号通路和脂肪酸代谢。
4. 关键 DEGs 的验证与分子相互作用：通过 qPCR 验证，所选基因的表达变化与转录组数据一致。分子对接研究发现，CYP 与 v - fos、Nr4a1、Dhcr24 和 TM7SF2 蛋白具有较强的结合亲和力，进一步证实了这些基因在评估 CYP 诱导毒性中的潜在作用。

研究结论与意义：为生态保护和毒理学研究点亮明灯

本研究首次对长期暴露于 CYP 的 Labeo catla 进行大脑和肝脏转录组分析，发现 CYP 即使在低浓度下也具有毒性。它会诱导细胞凋亡通路，刺激类固醇生物合成，还影响脂肪酸代谢等多个生理过程。研究鉴定出的功能性生物标志物，如 fosab、nr4a1、tm7sf2 和 dhcr24，可用于早期风险评估，对研究其他水生生态系统中普遍存在的有毒农药以及其他硬骨鱼类的毒性机制具有重要意义。这不仅有助于我们深入了解 CYP 对鱼类的毒性机制，还为制定更有效的环境保护策略和毒理学研究提供了关键依据，在生态保护和毒理学研究领域迈出了重要一步。