《Chemico-Biological Interactions》：Multi-omics and in silico evidence reveal perospirone-induced developmental neurotoxicity in zebrafish via AKT/FOXO3a-mediated apoptosis
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帕罗西汀暴露通过AKT/FOXO3a通路激活凋亡机制，导致斑马鱼胚胎神经行为异常和形态损伤，高浓度（10 mg/L）抑制运动并降低体长，伴随5-HIAA升高和多巴胺/谷氨酸减少，为评估其环境神经毒性提供机制证据。
作者：Zhe Feng、Lisheng Zhu、Wentian Li、Fang Wang、Qianqian Cheng、Huihui Yang、Yuqing Huang、Wenqi Gao、Hui Lu、Junbao Wang、Han Xiao、Hongjian Gong
单位：湖北师范大学电气工程与自动化学院，中国黄石435005
摘要：
Perospirone是一种在水生环境中日益被检测到的非典型抗精神病药物，其可能对早期脊椎动物的发育造成危害，这引发了人们的担忧。作为一种新兴的个人护理产品（PPCP）污染物，其发育神经毒性尚未得到充分研究。为了评估其生物学效应，将斑马鱼胚胎暴露于Perospirone（浓度分别为0.1、1和10 mg/L）中，持续时间从5小时到120小时。在5天大的胚胎阶段，暴露于1 mg/L的胚胎表现出运动增加和类似焦虑的行为特征；而暴露于10 mg/L的胚胎则出现体长减少和活动过度抑制的现象，同时Caspase 9和Pro-Caspase 3的表达水平升高，这与细胞凋亡的激活一致。神经递质分析显示5-HIAA水平升高，多巴胺和谷氨酰胺水平降低，相关基因表达谱也发生了变化，尤其是在与5-羟色胺信号传导、氧化应激和FOXO/AKT调控相关的通路中。分子对接实验表明Perospirone与AKT1的结合亲和力很高（-7.88 kcal/mol）。这些多组学研究结果证实，Perospirone诱导的发育神经毒性源于AKT/FOXO3a介导的细胞凋亡，为理解其神经毒理学特性和环境风险提供了重要线索。
引言
精神分裂症是一种严重的精神疾病，影响着全球约1%的人口[1][2]。抗精神病药物是治疗精神分裂症的主要手段，其中非典型抗精神病药物因其更优的疗效和较低的锥体外系副作用发生率而得到广泛应用[3]。Perospirone作为一种非典型抗精神病药物，通过拮抗5-HT2A和多巴胺D2受体以及部分激活5-HT1A受体，显示出缓解精神分裂症阳性症状（如妄想和幻觉）和阴性症状（如情感淡漠和社会退缩）的良好效果[4][5][6]。与第一代抗精神病药物相比，Perospirone在治疗效果上更为显著，且锥体外系副作用的风险更低[7]。此外，通过激活5-HT1A受体，Perospirone还能显著改善焦虑和抑郁症状，并通过促进前额叶皮层中的多巴胺释放来进一步减轻阴性症状和神经毒性[8][9][10]。
尽管Perospirone具有临床应用价值，但与其他药物一样，它也可能引发一系列不良反应，包括坐立不安、震颤、失眠，甚至在极少数情况下会导致神经毒性恶性综合征[11][12]。在某些情况下，它还可能加剧焦虑或损害认知功能[9][12]，高剂量或长期使用时还可能引发神经功能紊乱[9]。临床研究表明，Perospirone在血液浓度≥1.17 ng/mL时能达到最佳治疗效果[4]，兔子口服20 mg Perospirone后的血浆峰值浓度（Cmax）约为0.19-0.25 mg/L[13]。然而，关于Perospirone对发育中神经系统影响的系统研究仍然有限，其神经毒性的分子机制也尚未完全明了[9][14]。此外，作为新兴个人护理产品（PPCP）污染物，Perospirone的环境毒理学特性尚未得到全面评估，这导致我们在了解其潜在生态影响方面存在知识空白。
为了解决这些局限性，斑马鱼（Danio rerio）模型为神经毒理学和发育生物学研究提供了强大的平台。斑马鱼在发育生物学和神经毒理学领域被广泛认为是有价值的模式生物[15][16][17]。它们具有胚胎透明度高、发育速度快以及与人类基因组高度同源性等优点，特别适合用于药物毒性筛选和机制研究[18][19]。斑马鱼幼体对环境刺激和药物暴露表现出高度敏感的行为反应，可通过观察游泳模式、运动轨迹和明暗反应等行为指标来评估神经行为效应[20][21]。此外，斑马鱼模型可以与基因组学、转录组学和代谢组学结合，构建多层次的分析平台，有助于探究药物作用和毒性的分子机制[22][23][24]。斑马鱼还拥有进化上保守的神经递质系统，包括5-羟色胺（5-HT）和多巴胺通路，这些通路与Perospirone的作用靶点直接相关。
在潜在的分子靶点中，AKT/FOXO3a信号通路在调节神经元存活、氧化应激反应和细胞凋亡中起着核心作用。AKT激活通过磷酸化并抑制FOXO3a来促进细胞存活，而AKT活性降低则会导致FOXO3a在细胞核中积累，并激活促凋亡基因（包括与线粒体通路和Caspase-9相关的基因）。AKT和FOXO信号通路的失调与精神疾病及多种精神药物的效应有关，表明这一通路可能是连接神经递质紊乱和神经元损伤的关键节点。基于这些考虑以及之前关于AKT/FOXO3a在神经发育和神经毒性中的研究，本研究选择这一通路作为研究重点。
因此，本研究验证了三个相关假设：首先，Perospirone的发育期暴露会导致斑马鱼幼体的形态和神经行为表型发生剂量依赖性的改变；其次，这些表型变化伴随着神经递质代谢和基因表达通路的紊乱，这与5-羟色胺信号传导和应激反应的改变一致；第三，Perospirone会干扰AKT/FOXO3a信号通路及相关的凋亡标志物，从而在体外和实验层面证明了发育神经毒性的机制。这些假设将表型、代谢/行为和AKT/FOXO3a信号通路整合到一个连贯的机制框架中，有助于识别潜在的发育风险。
化学物质
Perospirone（CAS：150915-41-6，纯度≥98%）购自TargetMol（T4576，美国）。实验中使用了三种不同浓度的Perospirone（0.1 mg/L、1 mg/L和10 mg/L），每种浓度均重复三次测试。实际浓度通过超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用技术（UHPLC-MS/MS）测定。检测方法和结果见表S1。
形态观察
图1（A-H）展示了Perospirone暴露对斑马鱼胚胎的发育影响，包括从0到120小时内的形态变化、存活率和孵化情况。在最低浓度（0.1 mg/L）下，Perospirone对胚胎形态的影响很小，存活率和孵化率与对照组相当（0到120小时）。相比之下，暴露于中等浓度（1 mg/L）和高浓度（10 mg/L）的胚胎表现出显著的形态变化。
讨论
Perospirone是一种非典型抗精神病药物，通过拮抗5-羟色胺5-HT2A受体和多巴胺D2受体发挥治疗作用，并作为5-羟色胺1A受体激动剂，对精神分裂症的阳性症状（如妄想和幻觉）和阴性症状（如情感淡漠和社会退缩）均有效[6][9]。其主要临床用途是治疗以阳性症状（如妄想和幻觉）和阴性症状（如情感淡漠和社会退缩）为特征的精神分裂症。
结论
这项综合研究表明，Perospirone暴露会导致发育中的斑马鱼胚胎出现浓度依赖性的神经毒性效应，可能涉及AKT/FOXO3a信号通路的紊乱。与对照组相比，中等浓度（1 mg/L）的Perospirone暴露会导致类似焦虑的过度活跃行为，同时昼夜节律基因和代谢过程上调，5-HIAA水平升高而多巴胺水平降低。
作者贡献声明
Hui Lu：数据可视化、验证、资源管理、项目协调。
Junbao Wang：数据可视化、软件应用、方法设计、数据管理、概念构思。
Yuqing Huang：数据可视化、验证、监督、方法设计。
Wenqi Gao：监督、项目协调、实验设计。
Qianqian Cheng：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法设计、数据管理。
Huihui Yang：撰写、审稿与编辑、监督、资源管理、方法设计、实验设计。
Wentian Li：实验监督。
未引用参考文献
[25], [26], [27]。
利益冲突声明
本手稿的提交过程中不存在利益冲突，所有作者均同意发表该论文。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32000532）和武汉市自然科学基金（项目编号：2024020801020400）的支持，同时也得到了湖北师范大学的慷慨资助。
