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鱼类胚胎易受纳米颗粒（NPs）影响，出现孵化延迟现象。研究人员以斑马鱼胚胎为对象，研究孕烷 X 受体（Pxr）在金纳米颗粒（AuNPs）处理后对胚胎孵化的作用。结果发现 Pxr 可加速胚胎孵化，促进 AuNPs 解毒，为应对环境中 NPs 污染提供理论依据。
在科技飞速发展的当下，纳米颗粒（NPs）凭借独特的机械和电学性能，广泛应用于生物、医学、食品、工业等诸多领域。就拿金纳米颗粒（AuNPs）来说，它在生物成像、药物递送等方面大显身手，为相关领域带来新突破。但凡事有利有弊，随着 NPs 的大量使用，它们不可避免地进入环境，尤其是水体环境。在实验室和工厂排放的废水中，常常能检测到 NPs 的身影，其浓度从纳克每升至微克每升不等。更令人担忧的是，在食物链传递过程中，NPs 的浓度还可能升高几个数量级，这对水生生物构成了严重威胁。
鱼类胚胎作为水生生物的早期发育阶段，对水中的 NPs 极为敏感。孵化延迟是 NPs 影响鱼类胚胎最常见、最敏感的表现。要知道，孵化是鱼类从胚胎发育到幼体的关键阶段，一旦孵化延迟，胚胎更容易被捕食者捕获，甚至可能因无法正常孵化而死亡，这对鱼类种群数量的稳定极为不利。此前研究发现，鱼类胚胎在面对 NPs 导致的孵化延迟时，会出现解毒机制上调的现象，比如编码孵化酶（HEs）的基因表达增强。但这种现象背后的分子机制，一直是个未解之谜。同时，此前研究虽发现 NPs 处理后孕烷 X 受体（Pxr）会被诱导 / 激活，且 Pxr 敲除会使斑马鱼胚胎孵化显著延迟，可 Pxr 是否介导 HEs 的上调以及它对 NPs 解毒的潜在影响，都有待进一步探究。为了解开这些谜团，推动相关领域的发展，研究人员开展了深入研究，相关成果发表在《Aquatic Toxicology》杂志上。
研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：一是利用 CRISPR-Cas9 技术构建了pxr基因缺陷模型，通过对基因的精准编辑，研究 Pxr 缺失对实验结果的影响；二是进行 RNA 测序，从基因层面分析不同处理下胚胎的基因表达变化，探究 Pxr 的下游靶基因；三是开展运动活性分析，评估胚胎的运动能力，进而研究 Pxr 对胚胎运动相关功能的影响 。
金纳米颗粒（AuNPs）的表征与毒性研究
研究人员通过种子生长法制备了两种单分散球形 AuNPs，平均直径分别约为 3.8 ± 1.5nm（命名为 Au - 4）和 81.7 ± 3.1nm（命名为 Au - 82）。将它们分散在 Holtfreter 缓冲液中后，Au - 4 和 Au - 82 的流体动力学直径分别增加到 12.3 ± 1.6nm 和 216.4 ± 70.2nm，且二者都呈负电位。在 72 小时的孵育过程中，它们的流体动力学直径和 zeta 电位基本保持稳定，并且释放的离子量极少。研究发现，Au - 4 和 Au - 82 在处理 52 小时后，都显著抑制了胚胎孵化，且在相同质量浓度下，Au - 4 的毒性更强。这可能是因为 Au - 4 粒径更小，数量更多，更容易在斑马鱼胚胎中积累。
金纳米颗粒（AuNPs）对孵化酶（HEs）和孕烷 X 受体（Pxr）mRNA 表达的影响
在非毒性浓度和导致孵化延迟的半数有效浓度（EC50）下，Au - 4 和 Au - 82 在受精后 48 小时（hpf）均诱导了 HEs 和 Pxr 的 mRNA 表达，其中 Au - 4 的诱导效果似乎更明显。这表明 AuNPs 可能通过激活 Pxr，进而影响 HEs 的表达。
孕烷 X 受体（Pxr）在金纳米颗粒（AuNPs）诱导孵化酶（HEs）表达及胚胎孵化过程中的作用
当 Pxr 被敲除或抑制时，AuNPs 对 HEs 的诱导程度降低，这说明 Pxr 在 AuNPs 诱导 HEs 表达的过程中发挥着重要作用。此外，敲除或抑制 Pxr 会使胚胎在 56 hpf 时孵化显著延迟，而适度激活 Pxr 则能加速胚胎孵化过程。这些现象与 HEs 的 mRNA 表达和活性变化密切相关，进一步证实了 AuNPs 激活 Pxr 并上调 HEs，有助于 AuNPs 的解毒。
孕烷 X 受体（Pxr）的下游靶基因及相关功能研究
对野生型（WT）和pxr基因缺陷型胚胎在 24 hpf 时进行 RNA 测序分析，证实了he1.1&1.2基因的表达变化。此外，研究发现 Pxr 还影响与肌肉发育（肌肉系统过程和横纹肌组织发育）和能量代谢（碳水化合物代谢过程和 ATP 代谢过程）相关的 mRNA 编码。这些过程与胚胎的运动能力有关，决定了孵化速度。通过检测pxr基因缺陷型幼体在 120 hpf 时的运动活性降低，进一步证实了 Pxr 的这一功能。
研究结论表明，Pxr 通过加速斑马鱼胚胎孵化过程，有助于 AuNPs 的解毒。这一功能依赖于 Pxr 促进 HEs 表达和胚胎运动活性的作用。该研究揭示了 Pxr 在抵抗 NPs 毒性方面的新作用，为理解水生生物应对环境中 NPs 污染的机制提供了重要依据。同时，也为后续研究如何减轻 NPs 对水生生物的危害指明了方向，有助于推动相关环境保护和生物安全领域的发展。在未来的研究中，可以进一步探究 Pxr 与其他解毒途径之间的相互作用，以及在不同环境条件下 Pxr 对 NPs 解毒作用的变化，为更好地保护水生生物资源提供更多理论支持。
