菲对水生动物的致毒及解毒机理

■许友卿 刘富娟 丁兆坤

(广西大学水产科学研究所广西大学广西高校水生生物健康养殖与营养调控重点实验室，广西南宁530004)

菲（Phe）是多环芳烃（PAHs）最典型的代表。Phe 是一个3环PAHs。PAHs的化学结构稳定，亲脂性强，水中的沉积物和悬浮颗粒对PAHs的吸附作用强，富集于水底泥中的PAHs不易降解和氧化，具有持久性。由于Phe的疏水性，水中沉积物是Phe的主要归宿，并可通过地球化学循环产生二次污染。随着工农业和社会的发展，空气、水体、土壤和动植物体内的Phe检出率较高，在水环境中Phe的分布也越来越广泛。

Phe不仅能引起动物肾、肝、睾丸损伤，肺水肿和骨软化，而且与肾、肺、前列腺的癌变等相关，对环境、人和其他动物健康造成严重威胁。因此美国环境保护机构把Phe列为污染黑名单的前茅，Phe常被用作研究PAHs代谢的模型化合物。

然而，迄今为止，对菲的研究多在其影响，少在其致毒机理，更亟待研究其解毒机理。

本文主要综述了Phe对水生动物的致毒与解毒机理研究新进展，为更好地控制和治理Phe污染，保护水生动物和生态环境，发展可持续的渔业提供参考。

1 菲对水生动物的影响

鱼对Phe敏感，尤其是鱼类的早期生命阶段对Phe特别敏感。因此，通常用鱼特别是幼鱼来考察Phe等污染的毒性。Phe污染导致鱼体氧自由基或活性氧激增，进而改变抗氧化酶如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）的活性。

Phe污染的浓度不同，影响相异。低浓度Phe（0.05 μg/l）对黄颡鱼（Pelteobagrus fulvidraco）肝SOD活性主要表现诱导作用，而暴露于高浓度Phe（100 μg/l）时，先抑制肝SOD活性，但随着暴露时间延长，肝SOD活性会逐渐升高，然后维持在一个较高水平。杨涛等(2011)将红鳍笛鲷（Lutjanus erythopterus）置于不同浓度Phe 96 h，发现低浓度（10 μg/l）Phe能够显著诱导红鳍笛鲷肝和鳃SOD的活性；但当Phe浓度达到50和250 μg/l时，肝SOD活性呈现先抑制后诱导。张民等(2003)研究了不同浓度Phe对鲫鱼（Crucian）肝微粒体芳烃羟化酶（AHH）的影响，发现在0.25 mg/l Phe时诱导AHH活性最显著。AHH氧化PAHs形成的环氧化合物经活化后会与DNA形成共价键，引发生物体内遗传物质的改变，甚至致癌。孔祥迪等将条纹锯鮨（Centropristis striata）置于不同Phe浓度环境48 h后发现，最高浓度组（500 μg/l）受精卵孵化率比低浓度组（50 μg/l）下降了17.80%，心脏畸形指数和仔鱼死亡率分别增加了214.96%和82.36%。

然而，许友卿(2013)等将海水青鳉仔鱼（Oryzias melastigma）暴露于不同浓度Phe溶液中，发现海水青鳉仔鱼机体内的丙二醛（MDA）、谷胱甘肽-S转移酶（GST）、7-乙氧基异吩噁唑酮脱乙基酶（EROD）和金属硫蛋白（MT）活性都显著升高。岳南南等(2014)用不同含量Phe的人工配合饲料投喂中华倒刺鲃（Spinibarbus sinensis）幼鱼16周，发现谷丙转氨酶（ALT）活性随饲料中Phe浓度的升高而升高；谷草转氨酶（AST）活性亦然，而且Phe在1 000和1 500 μg/g时分别与对照组之间差异显著（P＜0.05）；然而肝糖原随饲料中Phe浓度的升高而降低，且各组间的差异显著（P＜0.05）；

暴露时间相异，影响不同。暴露于（48.5 mg/l）菲不同时间的河蚬（Corbicula fluminea）死亡率随时间的增加而上升。暴露于0.15 mg/l Phe 3 d的缢蛏（Sinonovacula constrzcta）DNA损伤程度以2级为主（小于0.6），而暴露15 d的缢蛏DNA损伤程度达到严重级别（大于0.6），与对照组差异显著。

斑马鱼、鲶鱼（Clarias gariepinus）、青鳉鱼、河岘(Corbicula fluminea）、翡翠贻贝（Pernaviridis）、中华哲水蚤（Calanus sinicus）、中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）等暴露于Phe时，都出现了严重Phe中毒现象，Phe中毒均严重影响其抗氧化酶和DNA。

2 菲对水生动物影响（致毒）的机理

大部分PAHs及其中间产物的致毒机制主要通过以下三种途径致毒：①在原癌基因Ras易感位点激活Ras基因或发生突变，诱导其表达过量并致使细胞癌变；②直接与靶细胞DNA结合，导致DNA损伤和染色体畸变；③中间代谢产物参与机体的氧化还原反应产生活性氧，导致脂类和蛋白质等生物大分子过氧化，造成机体生物膜损伤。

菲的毒性机制是通过受体和细胞色素P450酶介导，而且主要是受体介导。脊椎动物都存在芳烃受体（AHR）。Phe通过与AHR结合途径致毒，Phe与AHR结合，再与EAHR核转录因子（ARH nuclear translator）结合诱导细胞色素 P45101A（CYP1A）基因转译。Phe诱导P450 mRNA迅速上升，蛋白和细胞色素P450亚酶 CYP1A1活性增加，从而产生诱导作用。Tiem等(2011)发现，AHR2的作用是作为氧化还原基因感应的中介。

3 菲的解毒及其机理

3.1 直接解毒

直接解毒是通过人为添加具有抗损伤作用的机体必需元素，从而直接而快速地发挥有效的解毒作用。维生素C（VC）和维生素E（VE）不仅是人和动物包括水产动物的必需微量营养素，并且具有抗自由基损伤，增加免疫功能而参与机体解毒等，故VC、VE均有缓解菲中毒症状的功效。

3.1.1 VC解毒

菲污染导致机体不同程度的氧化和DNA损伤，而VC对氧化及DNA损伤均有显著改善和修复作用，故其对机体菲中毒有解毒作用。VC是一种强抗氧化剂，它的最大特性是还原作用，通过还原效应消除氧自由基的毒性。VC的抗氧化作用表现在可与、HOO-及OH-迅速反应,生成半脱氢抗坏血酸，清除单线态氧，还原硫自由基，其抗氧化作用依靠可逆的脱氢反应来完成。添加外源VC可改善机体抗氧化能力，降低体内脂过氧化物——丙二醛（MDA）的含量，提高组织内VC的沉积量，并可显著提高谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）的活性，从而提升抗氧化能力。

添加VC可修复机体的氧化应激损伤。添加不同剂量VC可显著缓解建鲤（Cyprinus carpiovarJian）氧化应激损伤的程度，于低浓度时添加越多，恢复SOD、CAT、GPX活性的能力越高，VC为28 mg/l时建鲤SOD、CAT、GPX活性均分别显著高于对照组（0 mg/l VC）。给幼建鲤添加不同剂量VC，能显著提高机体内SOD、CAT、GPX、GST和GR活性。适宜浓度（30 mg/l）的VC能显著提高普安银鲫（Carassius auratus gibelio）胚胎及仔鱼的抗氧化能力，并有效降低其受到的氧化损伤。

3.1.2 VE解毒

维生素E（VE）对菲中毒有显著缓解作用。分别给PAHs致毒的红鳍东方鲀（Fugu rubripes）注射VE 10、20 mg/尾和30 mg/尾，24 h后，发现机体超氧化物歧化酶酶活分别比对照组（0 mg/尾）高88.2%、65.7%和81.5%。饲料中的VE能够有效提高大菱鲆（Scophthalmus maximus）幼鱼的抗氧化能力。这是因为VE是重要的非酶抗氧化物质，具有很强的抗氧化作用，可以保护细胞膜和亚细胞膜，并对DNA损伤有修复作用。VE是最重要的脂溶性断链型抗氧化剂，其速度比BHT快200倍（BHT是一种工业抗氧化剂，用于防止烤制食物脂肪氧化酸败）。VE的抗氧化作用是与脂氧自由基或脂过氧化自由基反应，向它们提供氢离子，使脂质过氧化链式反应中断。

3.2 间接解毒

间接解毒的主要途径是净化环境。植物、微生物、土壤和其他一些因素对菲有转化和吸附作用，能净化环境，缓解毒害或解毒，但其机理各不相同。

3.2.1 植物解毒

用适宜的植物能有效去除环境中Phe。例如，用海洋滩涂耐盐植物海马齿（Sesuvium portu lacastrum Linn）修复Phe污染的海水4 d后，海水中Phe浓度降低了44.0%。在土壤含菲0.322 mg/kg范围内，种植高羊茅（Festuca arundinace）70 d后，Phe的去除率为52.82%～83.28%。

植物修复是利用植物及其根的微生物代谢活动来吸收、积累、降解或转化环境中的污染物，以达到净化、修复环境的目的。与其他修复方式相比，植物修复具有投资少、效益高、环境友好等优点。

3.2.2 微生物解毒

微生物是通过其对Phe吸附和转化作用而达到解毒效果。细菌 Phx1在0.1OD接种量下，24 h内能将25 ml MS培养基中的100 μg/ml菲降解殆尽。多食鞘氨醇杆菌属（Sphingobacterium multivorum）（P-1、P-4）、芽孢杆菌属（Bacillus Cohn）（P-2）、节杆菌属（Arthrobacter）（P-3）、贪噬菌属（Variovorax）（P-5）和考克氏菌属（Kocuria kristinae）（P-6）均能有效降解Phe。

3.2.3 水体及其沉积物解毒

如果将菲中毒后的水生动物置于无污染水环境一段时间，中毒程度会逐渐好转，故净化水环境是缓解菲中毒的一种有效措施。

水体沉积物对Phe有吸附作用，主要由沉积物或土壤中的矿物质和有机质共同作用而解毒。沉积物和土壤中的非水解有机碳（NHC）和黑炭（BC）控制对Phe的吸附行为。

3.2.4 其他因素解毒

研究发现，能净化水体中Phe的因素有氧含量、营养元素、矿物质、温度、水中共存的污染物等，但机理各不相同。田华等(2015)研究表明，风积砂中菲的自然降解符合准一级反应动力学，降解半衰期为17 d；菲的降解率与生物量呈正相关；25～35℃和中性条件能够促进风积砂中菲的降解；氧的存在对于土壤中菲的降解具有重要作用。营养素对Phe的吸收、转化和降解有调节作用。提高盐度能促进Phe的吸附，促进程度与沉积物所含的有机质相关。

4 结语与展望

综上所述，菲污染严重威胁水生动物的生长、发育和存亡。然而，过去研究Phe毒性及解毒物质颇多，但研究机理较少而尚待进一步弄清。随着工农业和城市化的迅猛发展，菲污染日益严重，未来应该综合利用多学科，从基因、分子、细胞、器官和整体水平，多层次地全面深入地研究Phe对生物特别是水生动物的影响及解毒，特别要注重用现代分子生物学技术从分子和基因水平研究其机理。具体地说，应注意研究：①Phe致毒的主靶器官、基因及机理；②对Phe敏感的生物标记物；③Phe在体内降解、排除的机制；④Phe解毒的方法及机理；⑤建立水体和沉积物的Phe浓度控制水平，保护水体生态环境和敏感的水生生物，服务于生产卫生安全的渔业产品和发展可持续的渔业。