常見環(huán)境污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究進(jìn)展＊

郭子毓 徐玉艷 代恒美 王 敏 潘 莎

（貴州醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生與健康學(xué)院，環(huán)境污染與疾病監(jiān)控教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽，550025）

近年來，隨著我國(guó)城市化和工業(yè)化進(jìn)程的快速發(fā)展，各種環(huán)境污染物的排放量急劇增長(zhǎng)，致水環(huán)境中污染物的種類和數(shù)量也持續(xù)增加.水環(huán)境質(zhì)量的不斷惡化，給水生生態(tài)系統(tǒng)帶來不良影響，同時(shí)對(duì)人類健康構(gòu)成潛在威脅，嚴(yán)重制約著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

研究發(fā)現(xiàn)，氧化應(yīng)激是機(jī)體受到有害因素作用后的共同反應(yīng)機(jī)制，許多疾病的發(fā)生與機(jī)體的氧化應(yīng)激有關(guān)[1].生物體在一些環(huán)境污染物（如重金屬、農(nóng)藥、持久性有機(jī)污染物、納米粒子、藥物和個(gè)人護(hù)理用品等）短期脅迫下便可使體內(nèi)活性物質(zhì)（reactive species,RS）產(chǎn)生增多，當(dāng)過量的RS 超過了機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)的清除能力時(shí)，會(huì)引起機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，造成DNA/RNA、蛋白質(zhì)等生物分子的氧化損傷，從而導(dǎo)致機(jī)體代謝紊亂，誘發(fā)疾病[2?3].因此，利用氧化應(yīng)激評(píng)價(jià)環(huán)境污染物的毒性影響，有助于深入了解環(huán)境污染物的致病機(jī)理，為污染物的監(jiān)控預(yù)警以及疾病的預(yù)防提供科學(xué)依據(jù)[4?5].

斑馬魚（Daniorerio）屬輻鰭亞綱（Actinopterygii）、鯉科（Cyprinidae）、短擔(dān)尼魚屬（Danio），繁殖力強(qiáng)，繁殖周期短，對(duì)毒物的刺激十分敏感，具有高度保守的基因組和信號(hào)傳導(dǎo)通路，與人類基因高度同源[6?7]，目前已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)毒理學(xué)相關(guān)研究領(lǐng)域，同時(shí)也是分子遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)中常用的模式生物[8?9].本文基于重金屬、農(nóng)藥和新興污染物等常見環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚引起的氧化應(yīng)激反應(yīng)進(jìn)行綜述，并對(duì)該領(lǐng)域未來的研究方向進(jìn)行展望.

1 抗氧化防御系統(tǒng)/氧化應(yīng)激對(duì)環(huán)境污染物脅迫的響應(yīng)（Response of antioxidant defense system/oxidative stress to environmental pollutants stress）

機(jī)體在正常新陳代謝過程中會(huì)產(chǎn)生一定量的活性氧（reactive oxygen species,ROS）和活性氮（reactive nitrogen species,RNS）.ROS 是一類較基態(tài)氧活潑的含氧基團(tuán)，包括自由基如羥基（OH·）、超氧陰離子（O2·－）以及非自由基如過氧化氫（H2O2）.RNS 是一氧化氮（NO）與ROS 反應(yīng)產(chǎn)生的一類具有高度氧化活性的自由基和硝基類衍生物，包括 NO、氮氧陰離子（NO?）等[10].適量的ROS 和RNS 在生物體內(nèi)發(fā)揮著重要作用，如細(xì)胞信號(hào)傳遞和機(jī)體免疫，但過量的ROS 和RNS 會(huì)造成機(jī)體損害.

抗氧化防御系統(tǒng)是為了清除體內(nèi)過量ROS 和RNS 而自發(fā)形成的一種解毒機(jī)制，使得ROS 和RNS 的產(chǎn)生和清除處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，其主要由抗氧化酶（如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）、過氧化物酶（POD）等）以及抗氧化小分子（如還原型谷胱甘肽（GSH）、β-胡蘿卜素（維生素B）、抗壞血酸（維生素C）等）構(gòu)成[11].SOD 是抗氧化防御系統(tǒng)的第一道防線，對(duì)ROS 具有高親和力，能使O2·－轉(zhuǎn)化為O2和H2O2.根據(jù)不同的金屬輔助因子，SOD 可分為Cu/Zn-SOD，Mn-SOD 和Fe-SOD 等，它們有助于防止金屬催化的OH·的形成.CAT 可以催化H2O2分解反應(yīng)生成H2O 和O2，每分鐘可以分解約600 萬個(gè)H2O2分子.迄今為止，CAT 已受到廣泛研究，包含300 多種類型，如單功能過氧化氫酶、雙功能過氧化氫酶和含錳過氧化氫酶等.GPx、POD 是生物體內(nèi)重要的抗氧化酶，均可清除體內(nèi)的H2O2，在保護(hù)機(jī)體免受自由基損傷（尤其是脂質(zhì)過氧化）方面發(fā)揮重要作用.GSH 是一種水溶性的低分子量抗氧化劑，可維持機(jī)體的正常免疫功能，其含量是衡量機(jī)體抗氧化能力大小的重要因素.同時(shí)，不同抗氧化酶和抗氧化小分子之間存在聯(lián)合作用，機(jī)體對(duì)氧化脅迫的響應(yīng)是抗氧化系統(tǒng)各成分共同作用的結(jié)果，如CAT 與GPx 可共同作用清除H2O2、并相互影響，具有一定的互補(bǔ)性；GSH 可與谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（GST）相互協(xié)調(diào)以有效清除生理性或病理性的氧自由基[12?13]（圖1）.

圖1 抗氧化防御系統(tǒng)對(duì)環(huán)境污染物脅迫的響應(yīng)Fig.1 Response of antioxidant defense system to environmental pollutant stress

當(dāng)體內(nèi)ROS 和RNS 的產(chǎn)生清除失衡，機(jī)體便會(huì)出現(xiàn)氧化應(yīng)激，導(dǎo)致中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn)，蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量強(qiáng)氧化性中間產(chǎn)物，引發(fā)脂質(zhì)過氧化、基因突變、蛋白質(zhì)失活等損傷.

生物膜上的不飽和脂肪酸極易被氧化，當(dāng)ROS 和RNS 攻擊生物膜時(shí)，會(huì)引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng).MDA 是脂質(zhì)過氧化作用最常見的降解產(chǎn)物之一，能與蛋白質(zhì)和DNA 等大分子形成共價(jià)加合物，在糖尿病和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病的發(fā)生中發(fā)揮作用.此外，MDA 的產(chǎn)生可影響線粒體呼吸鏈復(fù)合物及線粒體內(nèi)關(guān)鍵酶活性、加劇膜的損傷、放大ROS 的作用，因而MDA 可以反映機(jī)體脂質(zhì)過氧化速率和強(qiáng)度，是反映氧化損傷最常用的指標(biāo)之一[2,14].

DNA 與ROS 的相互作用可引起DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)、糖和堿基修飾產(chǎn)物的形成、鏈內(nèi)和鏈間交聯(lián)、單鏈或雙鏈斷裂，造成DNA 損傷，進(jìn)而增加機(jī)體患癌癥、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等多種疾病的風(fēng)險(xiǎn).在 DNA 堿基中，鳥嘌呤因其最低的氧化還原電位和最高的氧化性而對(duì)氧化敏感，當(dāng)ROS 攻擊鳥嘌呤堿基第8 位碳原子時(shí)，可生成8-羥基脫氧鳥苷（8-OHdG）.8-OHdG 目前已成為DNA 氧化損傷中最有效的生物標(biāo)志之一[3,15].

蛋白質(zhì)因其在細(xì)胞、血漿和組織中的豐富性以及與各種氧化劑的高反應(yīng)速率而成為ROS 的重要靶標(biāo).蛋白質(zhì)與ROS 的相互作用可導(dǎo)致氨基酸側(cè)鏈或蛋白質(zhì)骨架的氧化、羰基衍生化合物的形成以及蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián).其中，蛋白質(zhì)羰基常被用作蛋白質(zhì)氧化損傷的生物標(biāo)記物[15].

機(jī)體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)在保護(hù)機(jī)體免受氧化損傷的過程中起著重要作用.為了維持機(jī)體的正常生理功能，抗氧化防御系統(tǒng)通過阻止或延緩相關(guān)底物發(fā)生不必要的氧化從而嚴(yán)格控制RS 的量，確保機(jī)體中“氧化還原穩(wěn)態(tài)”的保持[16?17].在環(huán)境污染物脅迫下，當(dāng)機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)無法控制RS 的過量產(chǎn)生時(shí)，機(jī)體內(nèi)氧化和抗氧化平衡態(tài)被打破，進(jìn)而引起生物體發(fā)生氧化應(yīng)激，抗氧化系統(tǒng)各成分和氧化代謝產(chǎn)物可以作為氧化應(yīng)激的生物標(biāo)志物利用，用以評(píng)價(jià)機(jī)體的健康狀況及獲得對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的早期預(yù)警信號(hào)[18?19].

2 重金屬與斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激（Heavy metals and oxidative stress in zebrafish）

重金屬污染較為隱蔽，且周期長(zhǎng)，大多具有不可逆性.當(dāng)河流、湖泊和海洋等水體受到重金屬污染時(shí)，會(huì)使水質(zhì)劇烈惡化，對(duì)水生動(dòng)物造成巨大威脅，并可通過生物富集和生物放大作用對(duì)人類健康帶來嚴(yán)重?fù)p害[20].研究表明，多種重金屬可誘導(dǎo)斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的發(fā)生，本文主要介紹了環(huán)境中較普遍、毒性較強(qiáng)的幾種重金屬或類金屬（鎘、鉛、汞、砷、鉻）[21?22].

2.1 鎘（Cd）

Cd 是一種生物毒性極強(qiáng)的重金屬元素，半衰期長(zhǎng)，可在生物體內(nèi)大量蓄積.較低濃度Cd 暴露對(duì)成年斑馬魚便具有急性致死效應(yīng)（96h-LC50為5 mg·L?1）.亞致死濃度的Cd 暴露可致使斑馬魚大腦、卵巢和肝臟中多種抗氧化酶活性改變，造成脂質(zhì)過氧化，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)[23].有研究報(bào)道，Cd 引起的生物氧化應(yīng)激可能是由轉(zhuǎn)錄因子2（Nrf2）/抗氧化反應(yīng)元件（ARE）和金屬硫蛋白轉(zhuǎn)錄因子1（MTF-1）/金屬反應(yīng)元件（MRE）調(diào)控[24].斑馬魚肝細(xì)胞系（ZFL）是體外檢測(cè)和細(xì)胞成像的模型細(xì)胞系，能準(zhǔn)確評(píng)估潛在污染物的風(fēng)險(xiǎn)，已被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境Cd 污染的監(jiān)測(cè)評(píng)估中.Morozesk 等[25]采用ZFL 探索了Cd 暴露對(duì)機(jī)體氧化應(yīng)激的效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Cd 暴露使ZFL 中CAT 及GST 活性降低，金屬硫蛋白含量和脂質(zhì)過氧化程度加劇，并引起遺傳損傷.Kwok 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，Cd 暴露使ZFL 中谷胱甘肽還原酶（GR）活性上調(diào)，MDA 含量增加，并引起細(xì)胞凋亡.

在抗氧化物對(duì)Cd 毒性干預(yù)作用研究中，鋅（Zn）被認(rèn)為是重要的抗氧化劑，Zn 能在Cd 誘導(dǎo)的機(jī)體氧化應(yīng)激中發(fā)揮保護(hù)作用，進(jìn)而降低Cd 毒性[27?28].Chouchene 等[29]發(fā)現(xiàn)，在Zn 干預(yù)后，Cd 暴露下斑馬魚胚胎表現(xiàn)出的形態(tài)異常，生長(zhǎng)延遲及高死亡率均有所下降，推測(cè)Zn 通過影響機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)發(fā)揮保護(hù)作用.Wang 等[30]將斑馬魚置于0 和200 mg·L?1Zn 溶液中預(yù)暴露8 周，然后分別轉(zhuǎn)移至不同濃度的 Cd 溶液中繼續(xù)暴露4 d，發(fā)現(xiàn)Zn 預(yù)暴露通過增強(qiáng)機(jī)體抗氧化防御能力顯著降低了Cd 暴露造成的脂質(zhì)過氧化.Zn 暴露對(duì)于生物體的保護(hù)作用提示在進(jìn)行包括Cd 在內(nèi)的重金屬毒性評(píng)價(jià)時(shí)，生物體的過往抗氧化物暴露史是需考慮的因素.

2.2 鉛（Pb）

Pb 廣泛存在于環(huán)境中，難以降解，可造成生物體血液、腎臟及神經(jīng)系統(tǒng)損害[31].Pb 暴露可導(dǎo)致生物體內(nèi)ROS 過量產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，這被認(rèn)為是Pb 對(duì)生物體產(chǎn)生神經(jīng)毒性、肝毒性、腎毒性等多種毒性的重要機(jī)制之一[32].Park 等[33]采用斑馬魚研究了溫度改變對(duì)Pb 暴露毒性的潛在影響，發(fā)現(xiàn)在熱應(yīng)激（34 ℃）條件下Pb 顯著誘導(dǎo)抗氧化系統(tǒng)相關(guān)基因（SOD、CAT）表達(dá)上調(diào)，并加重細(xì)胞損傷.因此，在研究水體污染物的生物毒性影響時(shí)，應(yīng)考慮氣候變化（特別是溫度）對(duì)水環(huán)境中污染物毒性的潛在影響.

此外，由于Pb2+很難從體內(nèi)完全清除，且目前的主要治療方法（使用乙二胺四乙酸二鈉鈣、二巰基丁二酸等的螯合療法）存在較為嚴(yán)重副作用，尋找能減輕或消除Pb2+毒性的藥物或補(bǔ)充劑尤為重要.有研究發(fā)現(xiàn)菊苣酸對(duì)斑馬魚發(fā)育初期的Pb2+毒性具有較強(qiáng)保護(hù)作用，這主要是通過減輕Pb2+引起的氧化損傷，恢復(fù)BV-2 細(xì)胞的細(xì)胞周期而實(shí)現(xiàn)[34].

2.3 汞（Hg）

Hg 是一種廣泛而持久存在的有毒重金屬污染物，可對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、腎、肝臟等產(chǎn)生嚴(yán)重的損害作用.水環(huán)境中的Hg 可通過抑制水生動(dòng)物抗氧化酶活性來影響其防御系統(tǒng)，引起機(jī)體損傷[35].Zhang 等[36]發(fā)現(xiàn)Hg 暴露可對(duì)斑馬魚胚胎抗氧化酶（CAT、GST、GPX）活性、GSH、MDA 含量以及編碼抗氧化蛋白（cat1、sod1、gstr、gpx1a、nrf2、keap1）的mRNA 水平等構(gòu)成影響，引起死亡率和畸形率增加、體長(zhǎng)縮短和孵化延遲等發(fā)育損傷，并誘導(dǎo)免疫毒性.同時(shí)，Hg 對(duì)生物抗氧化系統(tǒng)的影響存在性別差異.Hg 暴露可誘導(dǎo)成年雄性斑馬魚睪丸中SOD 和CAT 活性，上調(diào)sod1和cat1的表達(dá)水平，并引起脂質(zhì)過氧化以及病理學(xué)損傷，而雌性斑馬魚卵巢中SOD、CAT 活性及其mRNA 表達(dá)則相對(duì)穩(wěn)定，提示雄性斑馬魚可能比雌性斑馬魚更易受到Hg 污染威脅[37].

2.4 砷（As）

As 是一種廣泛分布于自然界中的有毒類金屬元素.環(huán)境中的As 暴露可通過以下方式引起機(jī)體發(fā)生氧化應(yīng)激：（1）As 代謝產(chǎn)生的ROS 誘導(dǎo)機(jī)體出現(xiàn)氧化應(yīng)激；（2）As 與GSH 結(jié)合，谷胱甘肽二硫化物（GSSG）含量增加，耗盡機(jī)體內(nèi)源性抗氧化劑，導(dǎo)致氧化應(yīng)激[38].長(zhǎng)期以來，As 介導(dǎo)的氧化應(yīng)激被認(rèn)為是As 毒性的重要機(jī)制[39].Delaney 等[40]發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉能同時(shí)誘導(dǎo)斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并認(rèn)為兩種應(yīng)激相關(guān)通路之間的相互干擾是亞砷酸鈉誘導(dǎo)肝毒性的基礎(chǔ).

世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水的As 標(biāo)準(zhǔn)限制為10 mg·L?1，然而，在許多發(fā)展中國(guó)家，50 mg·L?1的As 被認(rèn)為是飲用水的可接受水平[41].有研究表明，即使是50 mg·L?1的As，其毒性也足以在斑馬魚中引起顯著的氧化應(yīng)激[42].近年來，水環(huán)境中低劑量的As 暴露毒性受到廣泛關(guān)注.Sun 等[43]發(fā)現(xiàn)，低濃度（≤150 mg·L?1）的As2O3可誘導(dǎo)斑馬魚胚胎SOD 活性升高，影響Cu/Zn-SOD 和Mn-SOD 的mRNA 轉(zhuǎn)錄水平，斑馬魚胚胎進(jìn)而通過調(diào)節(jié)金屬硫蛋白1（MT1）和熱休克蛋白70（HSP70）的轉(zhuǎn)錄水平以對(duì)抗由As2O3引起的氧化應(yīng)激，但低濃度的As 仍可造成脂質(zhì)過氧化等氧化損傷.Dong 等[44]發(fā)現(xiàn)，暴露于低濃度的As2O3中不僅會(huì)誘導(dǎo)斑馬魚胚胎出現(xiàn)氧化應(yīng)激，還可進(jìn)一步損害斑馬魚的生長(zhǎng)發(fā)育，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡.

2.5 鉻（Cr）

Cr 及其化合物被廣泛應(yīng)用于皮革、印染和不銹鋼等工業(yè)生產(chǎn)中，是重要的環(huán)境污染物之一.Cr 在自然界中主要以三價(jià)鉻（Cr（Ⅲ））和六價(jià)鉻（Cr（Ⅵ））存在.Cr（Ⅲ）毒性較小，是人體代謝所必須的元素，而Cr（Ⅵ）對(duì)肝、腎、神經(jīng)系統(tǒng)等具有廣泛毒性作用[22]，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是Cr（Ⅵ）毒性作用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一.Cr（Ⅵ）暴露引起的持續(xù)氧化應(yīng)激在多個(gè)轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB、AP-1、p53 和HIF-1）的激活、細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)和細(xì)胞凋亡的誘導(dǎo)中起關(guān)鍵作用，進(jìn)而導(dǎo)致肝、腎毒性[45].近年來，Cr（Ⅵ）誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性、免疫毒性與氧化應(yīng)激的相關(guān)性在斑馬魚模型得到初步證實(shí).Shwa 等[46]發(fā)現(xiàn)環(huán)境相關(guān)濃度（2 mg·L?1）的Cr 可造成斑馬魚腦中CAT 活性上升，GSH 和MDA 含量升高，誘導(dǎo)神經(jīng)毒性，抗氧化相關(guān)蛋白（Nrf2,NQO1,HO-1）的表達(dá)表明其毒性機(jī)制可能與Nrf2-ARE 信號(hào)通路有關(guān).Jin 等[23]發(fā)現(xiàn)斑馬魚胚胎暴露于Cr（Ⅵ）后，影響斑馬魚胚胎SOD、GPx 和GST 的活性及相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平，出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化，造成免疫毒性.雖然目前初步證實(shí)氧化應(yīng)激是Cr（Ⅵ）誘導(dǎo)多種毒性的關(guān)鍵機(jī)制，但仍需進(jìn)一步尋找相關(guān)的毒性靶點(diǎn).重金屬致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究匯總見表1.

表1 重金屬致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究Table 1 Studies on oxidative stress of zebrafish by heavy metals

3 農(nóng)藥與斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激（Pesticides and oxidative stress in zebrafish）

我國(guó)目前是全球最大的農(nóng)藥生產(chǎn)國(guó)和使用國(guó)，農(nóng)藥污染形勢(shì)極為嚴(yán)峻.農(nóng)藥可通過干濕沉降、地表徑流、土壤淋溶等多種途徑進(jìn)入水環(huán)境，對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞.目前，關(guān)于農(nóng)藥脅迫對(duì)斑馬魚氧化應(yīng)激的研究主要集中于殺菌劑、殺蟲劑、除草劑（表2）.

3.1 殺菌劑

三唑類殺菌劑是一類有機(jī)雜環(huán)類化合物，具有廣譜性，高效性，內(nèi)吸傳導(dǎo)性強(qiáng)等特點(diǎn)，既能防病治病，又能調(diào)節(jié)作物生長(zhǎng)，是目前使用面較廣的一類藥劑[47].典型的三唑類殺菌劑有戊唑醇、丙環(huán)唑和苯醚甲環(huán)唑等，因其具有低生物降解性和易在環(huán)境中轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)，能在環(huán)境中長(zhǎng)期存在，對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅.Li 等[48]發(fā)現(xiàn)，在低濃度戊唑醇脅迫下，成年斑馬魚肝臟中的多種酶活性（SOD、CAT、POD 和GST）均顯著增加，凋亡基因（bax,caspase-8）表達(dá)上調(diào)，導(dǎo)致肝損傷.Zhao 等[49]發(fā)現(xiàn)，丙環(huán)唑誘導(dǎo)斑馬魚氧化狀態(tài)失衡，胚胎中ROS 含量上升，GPx 和CAT 活性顯著上調(diào)，造成脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞凋亡.Zhu 等[50]發(fā)現(xiàn)，苯醚甲環(huán)唑造成了斑馬魚體內(nèi)ROS 的過度積累和抗氧化酶（SOD、CAT 和GST）的抑制，觸發(fā)細(xì)胞凋亡，誘發(fā)心血管毒性；抗氧化劑 N-乙酰-L-半胱氨酸可以顯著逆轉(zhuǎn)氧化應(yīng)激并減輕苯醚甲環(huán)唑誘導(dǎo)的心血管異常.

甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑是繼三唑類殺菌劑后又一廣泛使用的殺菌劑.甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑對(duì)細(xì)菌毒性機(jī)制主要是通過結(jié)合在線粒體復(fù)合體Ⅲ的細(xì)胞色素Qo 位點(diǎn)來阻斷電子傳遞鏈，抑制線粒體的呼吸，從而導(dǎo)致ATP 合成的損失，造成氧化損傷[51].Li 等[52]將斑馬魚胚胎暴露于三種甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑（吡唑醚菌酯，肟菌酯和啶氧菌酯）中96 h，發(fā)現(xiàn)3 種甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑均誘導(dǎo)斑馬魚體內(nèi)ROS 和MDA 含量增加，抑制了SOD 活性和GSH 含量，同時(shí)改變Mn-SOD的mRNA 水平，誘導(dǎo)胚胎發(fā)生氧化應(yīng)激并引起免疫毒性.Han 等[53]將斑馬魚暴露于甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑嘧菌酯中，發(fā)現(xiàn)ROS 在斑馬魚肝臟中積累顯著增多，肝臟SOD，CAT 和GST 活性受到誘導(dǎo)，脂質(zhì)過氧化程度加?。徊⑶也煌詣e斑馬魚表現(xiàn)出不同的敏感性，與雄性斑馬魚相比，雌性斑馬魚表現(xiàn)出更高的ROS 敏感性，這可能與雌激素通過增強(qiáng)抗氧化酶相關(guān)基因的表達(dá)來發(fā)揮保護(hù)作用有關(guān).因此，應(yīng)用斑馬魚評(píng)價(jià)甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑的氧化應(yīng)激效應(yīng)時(shí)，應(yīng)考慮性別差異.Mao 等[54]在開展甲氧基丙烯酸酯類殺菌劑吡唑醚菌酯對(duì)斑馬魚毒性影響研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，除性別差異外，吡唑醚菌酯殺菌劑對(duì)斑馬魚不同生命階段的氧化應(yīng)激效應(yīng)也有差異，對(duì)成年斑馬魚的潛在不利影響相對(duì)較低，對(duì)斑馬魚胚胎/幼魚的影響更為顯著.

3.2 殺蟲劑

氯氰菊酯（CYP）是一種擬除蟲菊酯類殺蟲劑，被廣泛應(yīng)用于害蟲防治，是淡水生態(tài)系統(tǒng)中常見的污染物[55].Paravani 等[56?57]發(fā)現(xiàn)CYP 可使斑馬魚鰓SOD 和CAT 活性顯著上升，引起Mn-sod-cat基因mRNA 水平顯著上調(diào)，并出現(xiàn)DNA 損傷.高效氯氰菊酯（β-CYP）是CYP 的一種高效異構(gòu)體，對(duì)多種生物具有潛在的免疫毒性及神經(jīng)毒性，且具有顯著的對(duì)映選擇性[58].Mu 等[59]研究將成年斑馬魚分別置于β-CYP 對(duì)映體和β-CYP 外消旋體中，結(jié)果表明在0.1 mg·L?1濃度下，1R-cis-aS和1R-trans-aS對(duì)映體及β-CYP 外消旋體能顯著誘導(dǎo)肝臟脂質(zhì)過氧化，但只有1R-cis-aS引起腦脂質(zhì)過氧化；而暴露于1S-cisaR和1S-trans-aR對(duì)映體的斑馬魚則未觀察到明顯的氧化應(yīng)激.因此，在進(jìn)行β-CYP 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，β-CYP 對(duì)成年斑馬魚氧化應(yīng)激影響應(yīng)考慮該農(nóng)藥的對(duì)映選擇性.

在殺蟲劑造成氧化應(yīng)激的干預(yù)保護(hù)研究中，Han 等[60]發(fā)現(xiàn)褪黑素（MLT）能通過抑制殺蟲劑介導(dǎo)的斑馬魚氧化應(yīng)激來有效的保護(hù)斑馬魚免受殺蟲劑誘導(dǎo)的發(fā)育神經(jīng)毒性和細(xì)胞凋亡.

此外，斑馬魚抗氧化活性系統(tǒng)在吡蟲啉[61]、毒死蜱[62]等殺蟲劑農(nóng)藥毒性評(píng)價(jià)中也得到廣泛的應(yīng)用，這些農(nóng)藥均可對(duì)斑馬魚抗氧化酶產(chǎn)生誘導(dǎo)或抑制效應(yīng)，造成氧化損傷，且肝臟是主要的靶器官.

3.3 除草劑

百草枯是一種速效觸殺滅生性除草劑，易溶于水，有腐蝕性，毒性強(qiáng)，除草效果極佳，是世界上使用最廣泛的除草劑之一，被認(rèn)為是一種典型的氧化應(yīng)激觸發(fā)物[63].Wang 等[64]將斑馬魚暴露于百草枯后，發(fā)現(xiàn)斑馬魚體內(nèi)MDA 含量和CAT 活性顯著上升，抗氧化酶相關(guān)基因（sod1、sod2等）及Nrf2 信號(hào)通路被激活，并認(rèn)為斑馬魚是研究百草枯誘導(dǎo)氧化應(yīng)激機(jī)制和篩選有效抗氧化劑的有效模式生物.

乙草胺是我國(guó)用量最大的農(nóng)藥之一，具有較高的水溶性，在水環(huán)境中被廣泛檢出，研究表明，乙草胺能顯著激活生物體肝臟氧化應(yīng)激[65].Zhang 等[66]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期高劑量乙草胺暴露可降低斑馬魚卵巢的抗氧化能力，破壞卵巢的功能；乙草胺濃度越高，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，斑馬魚抗氧化能力越差；誘導(dǎo)氧化應(yīng)激可能是乙草胺影響魚類卵巢發(fā)育的機(jī)制之一.農(nóng)藥致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究匯總見表2.

4 新興污染物與斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激（Emerging pollutants and oxidative stress in zebrafish）

新興污染物（emerging contaminants,ECs）是指尚未受到相關(guān)政策法規(guī)限制，濃度普遍較低且監(jiān)測(cè)方法有限，對(duì)環(huán)境和人類健康具有潛在嚴(yán)重危害的污染物[67].新興污染物的環(huán)境污染及生態(tài)毒理效應(yīng)已成為全球所面臨的重大環(huán)境問題之一.近年來，在環(huán)境污染物脅迫對(duì)斑馬魚氧化應(yīng)激效應(yīng)的研究領(lǐng)域，研究者們不再局限于重金屬、農(nóng)藥等常見的環(huán)境污染物，開始關(guān)注持久性有機(jī)污染物、納米粒子、藥品及個(gè)人護(hù)理品等新興污染物的毒性影響[68]（表3）.

表3 新興污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究Table 3 Studies on oxidative stress of zebrafish by emerging pollutants

4.1 持久性有機(jī)污染物

POPs 是具有持久性、生物積累性和高毒性，能夠進(jìn)行長(zhǎng)距離遷移并對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境具有嚴(yán)重危害的有機(jī)污染物[69].水體是POPs 在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的重要介質(zhì)，水環(huán)境中的POPs 可對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害作用[70].

多氯聯(lián)苯（PCBs）又稱氯化聯(lián)苯，是斯德哥爾摩公約優(yōu)先禁止的持久性有機(jī)污染物之一，是水環(huán)境中廣泛分布的典型持久性有機(jī)污染物[71].PCBs 暴露能夠引起機(jī)體氧化應(yīng)激的產(chǎn)生.Liu 等[72]將斑馬魚胚胎暴露于3,3',4,4',5-五氯聯(lián)苯中，發(fā)現(xiàn)斑馬魚體內(nèi)MDA 含量增加，抗氧化酶（Cu/Zn-Sod、CAT、GPx）活性下降.PCBs 暴露誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激被認(rèn)為與芳烴受體（AHR）的激活有關(guān)，AHR 激活后可導(dǎo)致細(xì)胞色素P4501A（CYP1A）的表達(dá)增加，從而誘導(dǎo)ROS 產(chǎn)生[73].

有研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體暴露于PCBs 后，維生素E 的細(xì)胞水平會(huì)降低，維生素E 作為抗氧化物質(zhì)可對(duì)PCBs 造成的毒性損傷具有保護(hù)作用[74].Na 等[75]將斑馬魚胚胎暴露于3,3',4,4',5-五氯聯(lián)苯中，并使用維生素E 進(jìn)行干預(yù)，發(fā)現(xiàn)維生素E 能通過誘導(dǎo)熱休克蛋白（HSC70）和SOD2 的表達(dá)并抑制芳烴受體 2（AHR2）和 CYP1A 的表達(dá)有效發(fā)揮抗氧化作用.

全氟辛烷磺酸（PFOS）曾被廣泛應(yīng)用于紡織、食品包裝及電鍍行業(yè)，具有神經(jīng)毒性、內(nèi)分泌毒性、和生殖毒性[76].近年來，鑒于對(duì)動(dòng)物和人類的潛在毒性，PFOS 已被許多國(guó)家禁止使用，由半衰期相對(duì)較短的氯代多氟烷基醚磺酸鹽（F-53B）、全氟壬烯氧基苯磺酸鈉（OBS）等作為PFOS 的替代品.但目前對(duì)PFOS 替代品的排放和處置缺乏限制，導(dǎo)致其廣泛存在于水環(huán)境中，應(yīng)充分關(guān)注其潛在的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[77?78].Wu 等[79]將斑馬魚幼魚暴露于F-53B 溶液中48 h，發(fā)現(xiàn)F-53B 對(duì)斑馬魚的毒性效應(yīng)與PFOS 類似，在斑馬魚幼魚中具有生物累積性和持久性，環(huán)境相關(guān)濃度便可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，CAT、SOD、Cu/Zn?SOD 和GST 活性降低，GPx 活性升高，脂質(zhì)過氧化程度加劇.Zou 等[80]發(fā)現(xiàn)，OBS 對(duì)斑馬魚幼魚的氧化應(yīng)激效應(yīng)與PFOS 相當(dāng)，其機(jī)制可能均與Nrf2-ARE 信號(hào)通路有關(guān).

二噁英化合物屬于典型的持久性有機(jī)污染物，其中以2,3,7,8-四氯二苯并二惡英（TCDD）毒性最強(qiáng).TCDD 暴露能導(dǎo)致生物體內(nèi)氧自由基的過度生成，出現(xiàn)氧化應(yīng)激[81].聶芳紅等[82]將斑馬魚暴露于TCDD 中，發(fā)現(xiàn)受試斑馬魚受到過多氧自由基的攻擊，肝臟MDA 含量增加，SOD 和GST 活性降低，從而造成機(jī)體損傷.

多溴二苯醚（PBDEs）是廣泛用于家具、汽車和建材生產(chǎn)的溴化阻燃劑.Meng 等[83]發(fā)現(xiàn)2,2',4,4'-四溴聯(lián)苯醚（BDE-47）和2,2',4,4',5,5-六溴二苯醚（BDE-153）能誘導(dǎo)斑馬魚肝細(xì)胞SOD 和CAT 活性顯著升高，出現(xiàn)氧化應(yīng)激并進(jìn)一步造成DNA 損傷和細(xì)胞凋亡.

4.2 納米粒子

現(xiàn)今，納米材料在電子、化工、生物醫(yī)藥等諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，了解其對(duì)環(huán)境及生物體的潛在安全性變得至關(guān)重要[84].相關(guān)研究表明，氧化應(yīng)激可能在納米粒子毒性作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用[85].Tang 等[86]發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期暴露于二氧化鈦納米粒子（TiO2-NPs）可使斑馬魚肝臟、腸道和鰓中SOD、CAT 和GST 的活性均顯著上升以對(duì)抗不良反應(yīng)，但這些酶活性的上升仍不足以抵消過量的ROS，最終斑馬魚出現(xiàn)氧化損傷，其中以肝臟和鰓更為明顯.這與Sarasamma 等[87]將斑馬魚暴露于C70納米顆粒的毒性研究結(jié)果類似.

同時(shí)，納米粒子同其他污染物的聯(lián)合暴露可能存在協(xié)同效應(yīng).Du 等[88]發(fā)現(xiàn)PFOS 和氧化鋅納米顆粒（ZnO-NPs）聯(lián)合暴露導(dǎo)致斑馬魚體內(nèi)ROS 含量、GPx 活性和MDA 含量明顯升高，氧化應(yīng)激相關(guān)的基因如Cat、Gpx1a和Sod1顯著下調(diào)；聯(lián)合暴露比單獨(dú)暴露可能更易引起嚴(yán)重的氧化應(yīng)激和氧化損傷.

此外，不同粒徑的納米顆粒對(duì)斑馬魚氧化應(yīng)激效應(yīng)不同.Zhu 等[89]將斑馬魚暴露于不同粒徑的SiO2納米粒子溶液中，發(fā)現(xiàn)15 nm 處理組的SiO2積累量明顯高于30 nm 組，且15 nm SiO2比30 nm SiO2對(duì)斑馬魚幼魚的ROS 水平、抗氧化系統(tǒng)和脂質(zhì)過氧化的影響更為顯著，表明小粒徑納米可引起更嚴(yán)重的氧化應(yīng)激.

4.3 藥物和個(gè)人護(hù)理用品（PPCPs）

PPCPs 主要是指各種常用藥物（如抗生素、結(jié)核藥等）與護(hù)理用品（如香料、化妝品等）及其代謝產(chǎn)物在內(nèi)的一系列化學(xué)物質(zhì)，多種PPCPs 在濃度極低時(shí)便可對(duì)生物產(chǎn)生急性和慢性毒性作用[90].

Zou 等[91]發(fā)現(xiàn)抗結(jié)核藥異煙肼能顯著提高斑馬魚幼魚體內(nèi)ROS 和MDA 的含量，降低SOD 的活性，異煙肼誘導(dǎo)斑馬魚幼魚產(chǎn)生的氧化應(yīng)激是其具有發(fā)育毒性的重要原因之一.Félix 等[92]發(fā)現(xiàn)麻醉藥氯胺酮脅迫導(dǎo)致斑馬魚胚胎中SOD、CAT、GSSG 活性均受到影響，Sod1和Cat基因表達(dá)顯著上調(diào).氯胺酮主要通過參與斑馬魚胚胎中的p53 依賴性途徑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，而氧化應(yīng)激是氯胺酮對(duì)斑馬魚具有致畸性的重要原因.Liang 等[93]發(fā)現(xiàn)煙酸諾氟沙星（NOR-N）暴露提高了斑馬魚幼魚體內(nèi)SOD、CAT 和GPx 的活性及MDA 含量，并上調(diào)相關(guān)基因mRNA 水平，引起發(fā)育毒性及免疫毒性.Pavla 等[94]探討了抗生素恩諾沙星對(duì)斑馬魚的毒性影響，發(fā)現(xiàn)暴露3 d 時(shí)斑馬魚體內(nèi)的GPx 和GST 活性便出現(xiàn)了變化，高濃度組（500 μg·L?1）脂質(zhì)過氧化程度加??；但暴露7 d 起，所有抗氧化酶活性或脂質(zhì)過氧化程度趨于正常；暴露14 d 后，抗氧化酶基因的mRNA 表達(dá)也恢復(fù)正常，這表明斑馬魚幼魚抗氧化防御系統(tǒng)可能有能力在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)恩諾沙星的脅迫.

三氯生因具有良好的廣譜抗菌性能而被廣泛應(yīng)用于洗衣粉、肥皂、牙膏等個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中，常在環(huán)境和生物體中被頻繁檢出.Gyimah 等[95]將斑馬魚暴露于三氯生中，發(fā)現(xiàn)斑馬魚體內(nèi)多種抗氧化酶活性顯著降低，MDA、8-OHdG 和蛋白質(zhì)羰基等氧化損傷標(biāo)記物的含量顯著增加，腦和肝臟是主要的靶器官.王凡等[96]發(fā)現(xiàn)較高濃度三氯生顯著影響了斑馬魚卵巢抗氧化（SOD、CAT、GPx1a 和MT-2）和凋亡（Bcl-2、p53 和Bax）相關(guān)基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生了氧化損傷，加速細(xì)胞凋亡的發(fā)生.可見，三氯生的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視.新興污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究匯總見表3.

此外，還有研究者對(duì)微囊藻毒素、微塑料、內(nèi)分泌干擾物等其他常見新興環(huán)境污染物致斑馬魚氧化應(yīng)激效應(yīng)進(jìn)行了研究，見表4.

表4 其他新興環(huán)境污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究Table 4 Studies on oxidative stress of zebrafish by other emerging pollutants

5 結(jié)語與展望（Conclusion and outlook）

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的化學(xué)物質(zhì)被人們排放到水環(huán)境中，水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，對(duì)水生生物和人類健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅.氧化應(yīng)激是水環(huán)境污染物致機(jī)體損傷的重要機(jī)制，通過對(duì)水環(huán)境污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究，有助于早期預(yù)警并預(yù)防水環(huán)境污染物引起的機(jī)體損傷，為探索更有效的防治水環(huán)境污染物危害的方法和技術(shù)奠定基礎(chǔ).目前，關(guān)于環(huán)境污染物致斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的研究還不夠系統(tǒng)和深入，限制著對(duì)環(huán)境污染物致病機(jī)理的認(rèn)識(shí)，今后可進(jìn)一步從以下幾方面展開研究：

（1）在當(dāng)前的環(huán)境污染中，環(huán)境污染物的暴露往往不是單一出現(xiàn)的，更多是以聯(lián)合暴露的形式威脅環(huán)境安全和人類健康，目前的研究局限于傳統(tǒng)的環(huán)境污染物聯(lián)合暴露對(duì)機(jī)體氧化應(yīng)激的影響，且聯(lián)合暴露的污染物數(shù)量種類較少，這與實(shí)際情況不符.同時(shí)，環(huán)境污染物毒性影響易受到環(huán)境因素（如溫度、pH 等）的影響，基于斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)關(guān)注不同環(huán)境因素下的污染效應(yīng)將更具現(xiàn)實(shí)意義.

（2）環(huán)境污染物致斑馬魚不同性別、不同器官、不同生長(zhǎng)發(fā)育階段氧化應(yīng)激效應(yīng)的差異目前仍缺乏系統(tǒng)性的研究，同時(shí)這些變化趨勢(shì)的解釋還局限于推理和猜測(cè)，需要開展更多的研究來闡明確切的影響機(jī)制.

（3）新興環(huán)境污染物在多種環(huán)境介質(zhì)中被廣泛檢出，分析其生物可利用性及在不同條件下的實(shí)際暴露水平、探明其對(duì)斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激的效應(yīng)，尋找有效的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)生物標(biāo)記物，應(yīng)受到更多的關(guān)注.

（4）在抗氧化物質(zhì)的研究中，Zn、菊苣酸、VC[104]、白藜蘆醇[105]、巖藻多糖[106]等物質(zhì)雖已明確對(duì)斑馬魚機(jī)體氧化應(yīng)激具有保護(hù)作用，但作用機(jī)制尚不明確.尋求更多、更為有效的抗氧化劑，并明確其作用機(jī)制是預(yù)防、治療生物體受到氧化損傷的關(guān)鍵途徑.