食物相镉、硒在日本青鳉鱼脑中的累积规律及神经效应研究

Dietary exposure is an important route for bioaccumulation of metals in aquatic organisms. The effects of dietary metal exposure in aquatic organisms are relatively understudied, especially its effects on the nervous system of aquatic organisms. Japanese medaka was used as a model organism in the proposed work to study the biodynamics and subcellular distribution of Cd and Se in the brain after dietary exposure, and their neurological effects. Furthermore, this study will focus on the chronic dietary effects of Cd and Se on the dopaminergic neurons, levels of dopamine and its metabolites, the levels of regulatory transcription factors of the crucial biological processes to maintain the dopamine function to elucidate the underlying mechanisms. In addition, the effects of dietary Cd and Se on the histopathology, oxidative stress, and cell apoptosis etc. in the fish brain will be determined and the connections of these biological effects with the neurological effects will be evaluated. This research will help better understand the neurological effects of dietary Cd and Se and the mechanisms underlying these effects in Japanese medaka. This research can provide valuable information for the protection of aquatic ecosystems, on the safety of fishery products, and for setting up new water quality criteria.

食物相摄入途径是水生生物体内金属累积的重要途径之一。目前，食物相金属暴露对水生生物效应的研究还较少，尤其缺乏对水生生物神经系统影响的了解。本项目拟以日本青鳉为研究对象，在长期暴露条件下，测定环境相关浓度食物相镉（Cd）、硒（Se）在鳉鱼脑中累积的动力学参数，分析镉、硒在脑组织累积及亚细胞分布规律，揭示累积与神经效应的关联；在此基础上，聚焦鳉鱼脑中多巴胺神经元、多巴胺及其代谢产物水平、多巴胺重要生物过程中关键调控因子转录水平的变化，确定Cd、Se对鳉鱼的神经效应与分子机制，并以鳉鱼脑组织氧化应激、形态变化和细胞凋亡等作为效应终点，探讨这些生物效应与神经效应的因果关系。本研究有助于阐明食物相金属暴露与神经效应之间的内在关联，发现并比较镉、硒神经效应差异及机制。项目的成功实施可为水生生态系统的保护、水产品的食品安全及水质标准完善提供重要的理论依据。

食物相摄入途径是水生生物体内金属累积的重要途径之一。食物相金属暴露对水生生物效应的研究还较少，缺乏对水生生物神经系统影响的了解。本项目以多种鱼类为研究对象，测定了环境相关浓度食物相镉、硒在鱼类脑中累积的动力学参数，揭示了金属累积与神经效应的关联；探讨了脑中多巴胺神经元及神经递质变化规律，以鱼脑组织氧化应激、形态变化和细胞凋亡等作为效应终点，分析了生物效应与神经、行为的因果关系。研究成果主要包含如下几个方面：（1）食物相饵料生物硒-镉毒性研究：分析了饵料生物对硒和镉的吸收及生物效应，为下一步食物相毒理研究奠定基础；（2）生物扰动对硒沉积物水界面的干扰研究：利用底栖动物为研究对象，探讨了底栖生物通过生物扰动作用对硒的沉积和释放作用，阐明了生物扰动对硒在该界面的流动和传递通量的关键因子；（3）硒对土著鱼种累积和效应研究：通过开展水相硒在鱼类的累积和生物效应对比研究，补充了硒对本土野生鱼种麦穗鱼累积及生物效应数据；通过饵料添加饲喂，明确了南方代表性经济水产品种罗非鱼的饵料硒添加形态和含量；（4）硒和铊对鱼类神经行为影响及脑组织病变研究：将靶向代谢组学、组织病理学和靶向转录终点与行为指标进行比较，评估了食物相硒对亲代鱼类（青鳉鱼和斑马鱼）神经行为模式，通过神经递质种类和含量分析，弄清了硒对鱼类神经和脑中信号传递通路和机制；利用组织病理学、生物化学和转录组学方法评估铊的累积、发育毒性和行为改变，评估铊在早期发育阶段对斑马鱼的影响；（5）硒和纳米塑料对鱼类肠-脑通路影响及机制：采用组织病理学、高通量测序和生化方法研究了青鳉鱼亲代食物相暴露后微生物群落以及密切相关的基因转录水平，发现了胃肠道组织病理、微生物群落等紊乱机制；（6）硒对青鳉鱼神经骨骼发育的影响研究：对卵生鱼类青鳉鱼子代胚胎硒暴露的致畸风险和内在机制进行了阐述和分析，发现了硒对青鳉鱼胚胎软骨发育和硬骨发育致畸的关键基因；（7）其他污染物对鱼类神经视觉系统影响及机制研究：评估了环磷酰胺和孕激素等污染物在早期发育阶段对斑马鱼幼鱼的影响，分析了畸形、游泳能力下降、视网膜和肝脏组织的组织病理学改变，以及干扰与不同途径相关的关键基因的转录表达。综上，本研究阐明了食物相金属暴露与神经效应之间的内在关联，比较了多种金属神经效应差异及机制，为水生生态系统的保护、水产品的食品安全及水质标准完善提供了数据和理论依据。