微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類致毒效應(yīng)的研究進(jìn)展

王 敏董健京

（1.山西省水產(chǎn)技術(shù)推廣站，太原030002；2.太原土壤肥料測(cè)試中心，太原030001）

隨著工業(yè)化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展和人類生活方式的改變，使自然環(huán)境不斷惡化，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重，導(dǎo)致藍(lán)藻水華的頻頻發(fā)生，藻類所引起的水污染問(wèn)題己成為一個(gè)全球關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。微囊藻毒素（MC）是一類單環(huán)七肽的生物毒素，它主要由淡水藻類銅綠微囊藻產(chǎn)生，由于MC的作用靶器官為肝臟，故又稱肝毒素。1878年Francis[1]首次報(bào)道家畜因有毒藍(lán)藻水華中毒死亡的事件，隨后20世紀(jì)60—80年代，世界范圍內(nèi)許多動(dòng)物如鳥(niǎo)類、魚(yú)類中毒死亡都與有毒藍(lán)藻水華有關(guān)。魚(yú)類對(duì)水體中的MC有較大的耐受性，毒素可在其體內(nèi)富集和存留，并達(dá)到相當(dāng)高的濃度。藻毒素可能在這些魚(yú)及其他水生生物體內(nèi)積累下來(lái)，通過(guò)食物鏈危害人類健康，MC是致魚(yú)類死亡的重要毒素，越來(lái)越受到人們的重視，筆者綜述了MC對(duì)魚(yú)類致毒效應(yīng)。

1 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類致毒的病理觀察

微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類引起的病理癥狀包括肝、腎、鰓、心臟、腦等各種器官的損害。利用不同的染毒方式（主要為灌胃、浸浴或腹腔注射）可引起魚(yú)類肝臟、腎臟、心臟、脾臟或鰓等組織出現(xiàn)不同的組織學(xué)改變。

1.1 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類肝臟的影響

流行病學(xué)及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均已證實(shí)，微囊藻毒素具有嗜肝特性，進(jìn)入機(jī)體后聚集在肝臟，在肝細(xì)胞的細(xì)胞核及線粒體中發(fā)揮損傷作用，引起肝臟炎癥改變，表現(xiàn)為肝細(xì)胞變性、壞死，甚至肝功能衰竭。肝臟光鏡病理學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)肝小葉結(jié)構(gòu)遭到破壞，有水腫和病灶區(qū)充血。壞死區(qū)域多圍繞在肝小管周圍，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)以巨噬細(xì)胞和噬中性粒細(xì)胞為主。肝細(xì)胞固縮，呈退形性空泡樣變，細(xì)胞核破裂。胞質(zhì)呈顆粒狀，有大量含有機(jī)物殘?jiān)淖允尚◇w。電鏡下，細(xì)胞內(nèi)的溶酶體數(shù)量較少；糖原豐富，顏色較深，常聚集排列成星狀或雪片狀;粗面內(nèi)質(zhì)肉上附著的核糖體脫離;線粒體分散在胞漿中；靠近細(xì)胞膜處有微絲聚集。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)魚(yú)類進(jìn)行腹腔注射或飼喂及灌喂都可使魚(yú)肝臟細(xì)胞大量壞死，并引起死亡。肝臟光鏡病理檢查發(fā)現(xiàn)：肝小葉結(jié)構(gòu)遭到破壞，有水腫和病灶區(qū)充血，壞死區(qū)域多圍繞在肝小管周圍；肝細(xì)胞固縮、呈退形性空泡樣變，細(xì)胞核破裂，胞質(zhì)呈顆粒狀;炎性細(xì)胞浸潤(rùn)以巨噬細(xì)胞和噬中性粒細(xì)胞為主，病理變化呈時(shí)間一劑量依賴性增長(zhǎng)[2]。灌胃MC引起鯉肝臟發(fā)生病理改變，灌胃1 h后肝臟損傷，主要為肝細(xì)胞分離、凋亡細(xì)胞死亡、延緩細(xì)胞修復(fù)。Fischer等研究發(fā)現(xiàn)用MC處理過(guò)的鯉魚(yú)肝、胰腺與腎臟發(fā)生病理學(xué)變化，肝細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)收縮，細(xì)胞之間的聯(lián)系松散，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，部分肝細(xì)胞膜受損，肝細(xì)胞凋亡［3］。

1.2 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類腎臟的影響

研究發(fā)現(xiàn)，除肝臟為微囊藻毒素作用的靶器官外，腎臟中也會(huì)積累較多的毒素。Kotak等分別用400 μg/kg和1000 μg/kg MC-LR注射染毒的虹鱒魚(yú)，導(dǎo)致了劑量－時(shí)間依賴的肝、腎損傷，肝細(xì)胞空泡化嚴(yán)重，部分腎小管上皮細(xì)胞完全崩解，小管只殘留完整的基底膜。在腎小管、腎小球及間質(zhì)組織中觀察到病理改變[4]。Fischer[5]給鯉魚(yú)喂飼相當(dāng)于400 μg/kg MC-LR的銅綠微囊藻毒素1h后，免疫學(xué)方法顯示，毒素分布在腎近端小管細(xì)胞內(nèi)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。組織學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，在腎小球近端小管（P1和P2）段有單個(gè)上皮細(xì)胞空泡形成，細(xì)胞凋亡，脫落，腎皮質(zhì)及髓質(zhì)連接處出現(xiàn)蛋白質(zhì)樣脫落物。張學(xué)振等[2]研究微囊藻毒素對(duì)魚(yú)腎臟影響，發(fā)現(xiàn)高、低劑量組鯽魚(yú)在注射MC染毒后48 h出現(xiàn)大量血細(xì)胞彌漫，出現(xiàn)腎小球的Bowman’s囊腔增大、腎近曲小管的空泡化等特點(diǎn)。

1.3 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類其它組織器官的影響

MC還可影響其它的組織器官，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)MC可導(dǎo)致壞死性腹膜炎、血管廣泛擴(kuò)張和血液淤積；腹膜臟層有巨噬細(xì)胞滲透，并擴(kuò)展到胰周脂肪；胰周脂肪有輕微的圓細(xì)胞間延長(zhǎng)，也會(huì)發(fā)生壞死；脾血竇先缺血后淤血;腦脊膜和脊周血管充血;腦脊膜嚴(yán)重水腫，偶而可見(jiàn)小腦和大腦視區(qū)的神經(jīng)元壞死[6]。MC還可造成次級(jí)鰓小片末梢杵狀樣變，表皮逐漸增厚;廣泛性上皮細(xì)胞固縮壞死，并與血管區(qū)分離。MC-LR還可導(dǎo)致草魚(yú)心臟中心肌細(xì)胞間腔隙增大[7]。

2 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類的氧化損傷

微囊藻毒素能引起機(jī)體的氧化損傷，表現(xiàn)為活性氧濃度和氧化損傷產(chǎn)物脂質(zhì)過(guò)氧化的顯著增加。在正常生理狀態(tài)下，活性氧的產(chǎn)生和機(jī)體抗氧化系統(tǒng)存在精妙的平衡，組織中產(chǎn)生的活性氧被抗氧化系統(tǒng)高效的消除掉。Li等[8]用10 μg/L MC-LR處理離體培養(yǎng)的鯉魚(yú)肝細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)的ROS含量明顯升高，同時(shí)伴隨著抗氧化酶CAT、SOD活性明顯升高，說(shuō)明氧化壓力和損傷可能是MC致毒的機(jī)制之一，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死。Xu等[9]研究了草魚(yú)肝臟中GSH的活性，發(fā)現(xiàn)通過(guò)腹腔注射MC-LR100 μg/kg1h后，肝臟中GSH的水平較對(duì)照組降低了。此外，增加體內(nèi)GSH的含量對(duì)肝臟有一定的保護(hù)作用。當(dāng)草魚(yú)腹腔注射MC-LR 900 μg/kg和GSH 8 mg/kg 2 h后，肝臟的超微結(jié)構(gòu)沒(méi)有變化，而未注射GSH的草魚(yú)的肝臟損傷則很嚴(yán)重。Priet等[10]證實(shí)采用藍(lán)藻水華細(xì)胞對(duì)羅非魚(yú)實(shí)施急性攻毒后，機(jī)體抗氧化相關(guān)指標(biāo)發(fā)生顯著變化，并且呈現(xiàn)明顯的時(shí)間效應(yīng)。氧化應(yīng)激狀態(tài)下相關(guān)的抗氧化酶指標(biāo)升高常被解釋為機(jī)體對(duì)于度過(guò)毒物侵染而表現(xiàn)出的一種補(bǔ)償機(jī)制。

3 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類致毒的生化效應(yīng)

某些特征性血清酶的改變是肝損傷的標(biāo)志物。血清學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，暴露在有毒水華中的魚(yú)類，血清乳酸脫氫酶（LDH）活性增加，總蛋白（TP）明顯降低，丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）升高，天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）明顯升高。通過(guò)背大動(dòng)脈注射MC-LR到棕鱒和虹鱒后發(fā)現(xiàn)血清中的LDH和ALT均顯著升高，呈現(xiàn)出與病理變化一致的劑量一時(shí)間依賴性增長(zhǎng)。除此之外，在注射MC-LR染毒的鱗魚(yú)血液學(xué)研究中觀察到血球容積和血紅蛋白有明顯降低，同樣的還發(fā)現(xiàn)血清中LDH、ALT和AST等相關(guān)酶的活性明顯升高，顯示肝臟受到嚴(yán)重?fù)p傷，這一結(jié)果與其觀察到的肝臟病理變化是相吻合的。

4 微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類致毒機(jī)理

目前對(duì)MC作用機(jī)制的研究主要集中在肝臟受體、毒素的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)理、毒素作用的分子機(jī)理，尤其是在促腫瘤的分子機(jī)制等方面，其中MC的肝臟毒性是研究最為深入的。張學(xué)振等[2]研究推測(cè)微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類致毒機(jī)制是大量肝細(xì)胞壞死而導(dǎo)致的肝功能衰竭。Tencalla和Dietrich[11]用Microcystis aeruginosa凍干粉飼喂虹鱒后，觀察到虹鱒肝臟PP1和PP2A的活性很快被完全抑制，喂飼3 h后蛋白磷酸酶的抑制達(dá)到最大，但肝細(xì)胞的PP1和PP2A被抑制只是暫時(shí)的，喂飼12 h后，蛋白磷酸酶的活性逐漸增高，72 h后活性可達(dá)對(duì)照組的50%，而肝損傷仍在繼續(xù)發(fā)展。由此可見(jiàn)，MC對(duì)魚(yú)類的肝毒性機(jī)制也可能是通過(guò)蛋白磷酸酶的抑制作用[12]。MC的致毒機(jī)理主要是通過(guò)抑制肝細(xì)胞中蛋白磷酸酶的活性，誘發(fā)細(xì)胞角蛋白高度磷酸化，導(dǎo)致肝細(xì)胞微絲分解、破裂和出血。魚(yú)類攝食微囊藻后，藻細(xì)胞在胃/腸中溶解，經(jīng)腸上皮吸收后，由膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)積聚在肝中，而毒素在肝中與蛋白磷酸酶特異性結(jié)合后，破壞了細(xì)胞內(nèi)蛋白磷酸化/去磷酸化的平衡，使激酶失去正常的抑制，導(dǎo)致微絲和中間纖維的過(guò)磷酸化，最終造成肝細(xì)胞的崩塌和解離。由于蛋白磷酸酶與蛋白激酶共同作用，能決定蛋白質(zhì)上的磷酸基團(tuán)數(shù)，而這種磷酸化與脫磷酸化過(guò)程是生物體內(nèi)存在的一種普遍的調(diào)節(jié)方式，幾乎涉及所有的生理及病理過(guò)程，如糖代謝、光合作用、細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育、基因表達(dá)、神經(jīng)遞質(zhì)的合成與釋放，甚至癌變等等，所以，MC對(duì)魚(yú)體的影響涉及各個(gè)方面[13]。

Jos等[14]用拌有微囊藻細(xì)胞的商品飼料飼喂羅非魚(yú)，分為磨碎（crushed）和未研磨（non-crushed）兩種，21天后發(fā)現(xiàn)羅非魚(yú)肝、腎及鰓中的LPO含量增加，抗氧化酶CAT、SOD、GPX和GR活力不同程度的增長(zhǎng)。說(shuō)明氧化壓力和損傷可能是MC致毒的機(jī)制之一，并最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或壞死。

5 結(jié)論與展望

微囊藻毒素對(duì)魚(yú)類有致毒效應(yīng)，并涉及到各個(gè)方面，通過(guò)病理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)MC不僅損害肝臟，還可導(dǎo)致其他組織（腎臟、心臟、腦、腮等）病變。另外還能引起機(jī)體的氧化損傷和血清酶的改變。MC對(duì)魚(yú)類的致毒機(jī)理有兩種可能，一種是抑制蛋白磷酸酶的活性；導(dǎo)致蛋白的過(guò)度磷酸化，使細(xì)胞內(nèi)磷酸根聚積，造成了細(xì)胞內(nèi)一系列生理生化反應(yīng)的紊亂，進(jìn)而造成細(xì)胞的損傷。一種是氧化損傷；破壞膜的結(jié)構(gòu)與功能，導(dǎo)致細(xì)胞崩解死亡。隨著進(jìn)一步的深入研究，MC毒理學(xué)研究還會(huì)有突破性的進(jìn)展。

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