IF=12.2 | 中国药科大学储卫华团队在领域内发布最新研究成果

全氟烷基物质和多氟烷基物质（PFAS）与多种健康问题相关，包括癌症和免疫系统影响，且在淡水鱼中的生物累积现象尤为严重，PFAS在淡水鱼中的积累不仅影响鱼类的健康，还可能通过食物链影响其他动物和人类。8月22日，中国药科大学储卫华团队以淡水水生动物鲫鱼为模型对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的神经毒性和菌群紊乱开展了深入研究，研究成果以题为“Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)”发表在Journal of Hazardous Materials上。

该研究以淡水水生动物鲫鱼为模型对全氟和多氟烷基物质（PFAS）的神经毒性和菌群紊乱进行研究，发现PFAS 可能会破坏肠道微生物群的稳定性，从而造成不同程度的组织损伤，证明了PFAS对鲫鱼有神经毒性，并导致菌群紊乱。研究成果为评估全氟和多氟烷基污染物在水生环境浓度下的毒性提供了启示。

中文标题：全氟和多氟烷基物质诱导鲫鱼的神经毒性和肠道菌群失调

英文标题：Neurotoxicity and intestinal microbiota dysbiosis induced by per- and polyfluoroalkyl substances in crucian carp (Carassius auratus)

合作单位：中国药科大学

发表期刊：Journal of Hazardous Materials

影响因子： 12.2

研究对象：鲫鱼

研究方法：二代微生物多样性、QPCR检测

百迈客生物为该研究提供了微生物多样性测序及部分数据分析服务。

研究背景

水污染和PFAS残留已成为全球性的环境问题。暴露于PFAS已被证明会引起毒性作用。然而，在大多数研究中，PFAS暴露浓度很高，导致研究结果低估了实际环境浓度下的毒性作用。鱼是脊椎动物中最大、种类最多的一类。鱼类作为胚胎学、神经生物学和环境生物学研究的实验模型越来越有用。鲫鱼(Carassius auratus)因其口感鲜美、营养价值高而成为人们喜爱的淡水鱼，由于适应性强，鲫鱼养殖地区多，分布广泛，2020年占淡水养殖鱼类总产量的8.90%。因此，研究鲫鱼对不同污染物的应激反应具有重要意义。该研究主要研究了PFAS对鲫鱼神经系统和肠道菌群的毒性，脑和肠道组织病理学变化表明，PFAS加重了对鲤鱼脑和肠道组织病理学的影响。

材料与方法

材料：

处理条件：对照组(Con)、全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)、十一氟己酸(PFHxA)组指标检测：过氧化氢酶(CAT)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、丙二醛(MDA)、乙酰胆碱酯酶(AChE)

方法：二代微生物多样性、QPCR检测

研究结果

1.行为模式及指标检测分析

研究了三种PFAS对鲫鱼行为模式的影响。与对照组相比，PFOA和PFHxA组鲫鱼的静息行为数量显著减少。PFOA组和PFOS组的上学行为数量也显著减少，但表面行为和追逐行为的数量在组间无显著差异。结果表明，PFAS暴露导致鲫鱼舒适行为降低，但攻击行为无明显变化。

研究了脑组织中抗氧化和氧化应激生物标志物的变化，发现PFOA处理的鱼脑组织中T-SOD活性明显受到抑制(图1A)。与Con组相比，PFOS组CAT活性显著降低(图1B)， PFHxA和PFOS组GSH-Px活性显著降低(图1C)。此外，与Con组相比，PFOA组和PFOS组的MDA水平显著升高(图1D)。结果表明，PFAS降低了鱼脑的抗氧化能力，造成了氧化损伤。

研究了PFAS对鲫鱼脑组织乙酰胆碱酯酶和神经递质活性的影响。与Con组相比，PFOA和PFOS组脑内乙酰胆碱酯酶活性显著降低。此外，PFOA、PFHxA和PFOS组多巴胺(DA)水平显著降低(图2B)。然而，去甲肾上腺素(NE)水平在实验鱼组之间没有显著变化(图2C)。这些结果表明，PFAS暴露抑制了鱼脑中的AChE和神经递质水平，并影响了整体脑功能。

2.组织病理学染色分析

组织病理学染色分析各暴露组脑、肠基本变化。Con组脑组织组织结构正常，包括正常的浦肯野细胞层和分子层(图3A)。pfas治疗组神经周围明显空泡化。此外，PFHxA和PFOS组可见广泛的多灶性脱鞘(图3B和C)。在PFOA组，充血血管壁透明化，靠近收缩的神经元，神经周围形成空泡(图3D)。Con组鲫鱼肠黏膜形态结构完整，肠黏膜上皮细胞细胞核排列紧密整齐，无损伤迹象(图4A)。在每个pfas处理组中，绒毛膜绒毛的长度显着减少，并与一定程度的损伤有关。PFHxA和PFOS组观察到上皮粘膜破裂(图4B和C)， PFHxA和PFOA组肠绒毛萎缩、空泡化、细胞核紊乱(图4B和D)。H&E染色结果表明，PFAS暴露对鲫鱼肠道和脑组织造成损伤。

3.应激相关基因和促炎细胞因子表达分析

PFOS组与Con组相比，应激相关基因caspase-3的表达显著升高(图5A)。同样，在PFHxA组中，HSP-70的表达显著增加(图5B)。此外，促炎细胞因子INF-γ在PFOA和PFHxA组中的表达水平显著升高(图5D)，而TNF-α的表达在两组间无显著差异(图5C)。

4.肠道菌群分析

与Con组相比，PFHxA和PFOS组细菌群落的Simpson和Shannon指数明显高于Con组(图6A和B)，表明细菌物种多样性有所增加。基于OTU的venn图分析（图6C），四组之间重叠OTUs数量相对较少(不超过100个)，各组特有的OTUs相对较多(均超过300个)。图6D清楚地显示了Con组与其他三组在微生物群方面的显著差异，表明PFAS暴露引起了鲫鱼肠道微生物群组成的变化。

在门水平上，与Con组相比，PFHxA、PFOS和PFOA组梭杆菌门的丰度减少，而变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、Verrucomicrobiota和放线菌门的丰度增加(图7A)。在属水平上，与Con组相比，PFHxA、PFOA和PFOA组中Cetobacterium的丰度降低，Bacteroides、unclassified_Erysipelotrichaceae和Gemmobacter的丰度增加(图7B)。采用基于不同处理的LEfSe进行线性判别分析(LDA)，确定Con组与各PFAS处理组间的种数有统计学差异。如图7C所示，PFHxA组Verrucomicrobiaceae、Legionellaceae和Legionella丰度显著增加，PFOS组Cellvibrio丰度显著增加，PFOA组Enterobacteriaceae和Deefgea丰度显著增加。这些结果表明，PFAS暴露改变了鲫鱼肠道菌群组成，增加了潜在致病菌的数量。

根据PICRUSt2，根据特征序列预测整个群落的通路变化，并进行功能基因差异分析。与Con组相比，所有三个PFAS治疗组都显著改善了人类疾病中涉及的细胞过程和信号通路(图8A)。利用BugBase对表型分类进行预测。与Con组相比，每个PFAS治疗组显著增加了微生物群的潜在致病性(图8B)。在属水平上，与Con组相比，各PFAS处理组增加了Luteolibacter的相对丰度，PFOS和PFHxA组增加了Rhodobacter和Legionella的相对丰度，PFOS组增加了decchloromonas和Aeromonas的相对丰度(图8C)。这些结果表明，PFAS可能导致鲫鱼肠道菌群的潜在致病性增加。

研究总结

该实验主要研究了PFAS对鲫鱼神经系统和肠道菌群的毒性。研究结果表明，环境相关浓度的PFAS可以引起鲫鱼肠道微生物群的破坏，并进一步引起大脑神经化学和行为模式的变化。这些变化可能与大脑的氧化损伤以及应激和炎症相关基因的表达有关。这些结果为评估PFAS污染物在水生环境浓度下的毒性提供了见解。