扇贝对海洋污染物氨基脲胁迫的代谢应答机制研究

Semicarbazide is considered to be the characteristic metabolite of nitrofurazone, and as a marker of illegal usage of drug in food quality monitoring work. But in recent studies, it is found that the degradation of nitrofurazone is not the only source of semicarbazide residue, semicarbazide pollution can be produced in many ways. Semicarbazide has become a new type of marine pollutant, which affect the living environment of aquatic organisms and eventually accumulate in their body. The shellfish products can accumulate semicarbazide, which seriously influence the quality and safety of this kind of products. Under the long-term environmental stress, the toxic effect of semicarbazide on scallop and its mechanism are not clear. In this study, scallop is selected as the research object, and we will study the morphology and distribution of semicarbazide in scallop. Then, on the basis of target metabolomics analysis and non-targeting metabolic profile analysis, we will study the changes of endogenous metabolites in scallop under the stress of semicarbazide, and screen the potential biomarkers. Then the metabolic pathway will be analyzed and the mechanism of metabolic response of scallop to semicarbazide will be discussed. This study provides a new method for researching the toxic behavior and the toxic effect mechanism of environmental pollutants from the perspective of metabolomics.

氨基脲一直被认为是呋喃西林药物的特征代谢产物，并作为监测食品中非法用药的标志物，但近来研究发现，呋喃西林的代谢降解并非是氨基脲残留的唯一来源，很多途径均可引入氨基脲污染。氨基脲已成为一种新型海洋污染物，污染水生生物赖以生存的环境，最终在其体内蓄积。贝类产品对氨基脲具有一定的生物富集能力，在长期的环境胁迫下，氨基脲对扇贝的毒性效应及其作用机制尚不明确。本课题以栉孔扇贝为研究对象，针对海洋中新型环境污染物氨基脲，开展扇贝体内氨基脲的存在形态及分布特征研究，并在此基础上，通过靶向代谢组学和非靶向代谢轮廓分析，研究扇贝在氨基脲长期胁迫作用下，其内源性代谢产物的剂量-效应变化规律，筛选出潜在生物标志物，进而进行代谢通路分析，探讨扇贝在氨基脲胁迫下的代谢应答作用机制。该课题从代谢组学角度为研究海洋环境污染物对水生生物的毒性行为及毒性效应机制提供了新方法，并奠定重要基础。

氨基脲一直被认为是禁用药物呋喃西林的特征性代谢产物，并以其作为监测食品中非法使用呋喃西林的标志物，然而在未使用呋喃西林的贝类产品中却检出氨基脲残留。进一步研究发现，氨基脲来源广泛，很多途径均可引入氨基脲污染，氨基脲已成为一种新型海洋污染物。贝类产品对氨基脲具有一定的生物富集能力，在长期的环境胁迫下，氨基脲在贝类体内的存在形态及对贝类产品的毒性效应作用机制尚不明确。本项目以栉孔扇贝为研究对象，针对海洋环境中新型污染物氨基脲，建立了扇贝组织中氨基脲形态的测定方法，明确了氨基脲在扇贝中的存在形态、组织分布特征和生物富集特性，并在此基础上，通过靶向代谢组学和非靶向代谢轮廓分析，研究扇贝在氨基脲胁迫作用下，其内源性代谢产物的变化特征，筛选潜在生物标志物，分析代谢通路，初步阐明了扇贝对氨基脲胁迫的代谢应答作用机制。研究结果表明，扇贝组织中氨基脲残留量与暴露浓度呈显著正相关，氨基脲在扇贝中主要以游离态形式存在，结合态氨基脲在各组织中所占比例为12.1%-32.7%，氨基脲在内脏组织中含量最高，其次为鳃，性腺和外套膜含量接近，在闭壳肌组织中含量最低，氨基脲在扇贝体内的生物富集系数与环境暴露浓度呈负相关。基于液相色谱-串联质谱法和高分辨质谱法，建立了扇贝中内源性代谢产物的靶向和非靶向分析方法，揭示了氨基脲胁迫对扇贝体内重要生理活性物质游离氨基酸、有机酸、核苷酸和生物碱的影响，筛选并鉴定出22种差异性代谢产物，通过代谢路径富集结果显示，在氨基脲胁迫下，扇贝体内氧化/抗氧化平衡受到干扰，其氨基酸代谢、核苷酸代谢和cAMP信号通路受到显著影响。该项目从代谢组学角度为研究海洋环境污染物对水生生物的毒性效应机制提供了借鉴，并奠定重要基础。