氟氯氰菊酯会破坏斑马鱼幼体的血脑屏障，并引发神经毒性反应

《Chemico-Biological Interactions》：Cyflumetofen disrupts the blood-brain barrier and induces neurotoxicity in zebrafish larvae

cyflumetofen对斑马鱼幼虫发育及神经系统的毒性影响研究显示其诱导心包水肿、卵黄囊增大及运动能力下降，并破坏血脑屏障结构，通过激活氧化应激和干扰Wnt/β-catenin信号通路促进神经元凋亡，证实该杀虫剂存在神经发育毒性风险。

　　

王卫国|段一民|徐文平|陶丽明|张洋|程家高

中国华东科技大学药学院化学生物学上海重点实验室，上海200237

摘要

氟氯氰菊酯是一种新型的非系统性酰基氰基杀螨剂，广泛用于农业中控制各种有害螨虫。然而，其对非目标生物神经系统的潜在安全风险需要进一步评估。氟氯氰菊酯会导致斑马鱼幼体的发育毒性，表现为心包水肿、卵黄囊膨胀和体长减少。研究发现，该杀螨剂会损害斑马鱼幼体的神经元和运动神经元细胞，降低其活动能力，并改变脑组织结构。此外，氟氯氰菊酯还会诱导斑马鱼幼体发生细胞凋亡，并引发氧化应激，这可能是导致神经毒性的关键机制。同时，氟氯氰菊酯会破坏斑马鱼幼体的血脑屏障（BBB）结构，降低紧密连接（TJ）蛋白的水平。分子水平的研究表明，该杀螨剂会干扰Wnt/β-连环蛋白信号通路，并上调与帕金森病（PD）发病机制相关的基因（pink1、parkin和lrrk2）的表达水平。

引言

氟氯氰菊酯是一种新型的酰基氰基杀螨剂，主要用于控制农作物和观赏植物上的红蜘蛛和其他有害螨虫（Takahashi等人，2012年）。现有研究表明，该杀螨剂对非目标生物具有毒性。例如，长期接触氟氯氰菊酯的蚯蚓会出现蛋白质含量下降和氧化损伤（Shi等人，2023年）。亚致死浓度的氟氯氰菊酯会导致蜜蜂的中肠细胞出现空泡化以及咽下腺分泌异常，且即使暴露10天后也仅能部分恢复（Reis等人，2024年）。在中国东北部的一个湖泊、湖南省的稻田以及北京的 ??? ???（Shangzhuang Reservoir）三个不同的水沉积系统中检测到氟氯氰菊酯的存在，结果显示，在有氧条件下，其初始沉积量分别为9.89、10.03和10.12 mg·kg^-1，半衰期分别为15.4、16.9和15.1天；而在厌氧条件下，初始沉积量分别为9.97、10.06和11.05 mg·kg^-1，半衰期分别为16.5、17.3和16.1天（Wang等人，2016年）。因此，氟氯氰菊酯可能对水生生物构成潜在威胁。

鉴于农药暴露引发的神经毒性事件的高发率及其对生物体的严重危害，应更加重视评估农药的潜在神经毒性（Leng等人，2025年）。斑马鱼是神经毒性研究的优秀模型，在神经毒性测试中具有多种优势（Garcia等人，2016年；Kalueff等人，2016年；Tan等人，2017年）。AB品系是最常用的斑马鱼品系，因为其育种中心能够维持多代遗传稳定性，从而提高结果的可信度（Cirqueira等人，2024年）。斑马鱼的基因组与人类有70-80%的同源性，关键的神经发育基因和信号通路高度保守（Howe等人，2013年；Appel，2000年）。此外，斑马鱼的大脑区域（如端脑和中脑）在形态上与哺乳动物相似，胶质细胞和神经元亚型的分化模式也相似（Kozol等人，2016年；Wullimann，2009年）。

斑马鱼胚胎在体外发育，因此可以直接接触外源性化合物。此外，斑马鱼的神经发育周期较短：中枢神经系统在受精后三天内基本形成，血脑屏障（BBB）在受精后三天内建立，这使其适合进行短期神经毒性评估（Fleming等人，2013年；Wullimann等人，2004年；Eliceiri等人，2011年）。目前，Tg(flk1:eGFP; gata1:mCherry)斑马鱼品系是研究血脑屏障结构的重要模型，已被用于评估农药和重金属对血脑屏障的损伤（Wang等人，2023年；Zhang等人，2021年）。在斑马鱼中还可以定量评估多种神经行为，包括自发性运动（从受精后17小时开始）、惊跳反应、学习能力以及避障和光运动反应等复杂行为，为功能性神经学研究提供表型数据（Kokel等人，2010年；Kalueff等人，2013年；Fan等人，2010年）。

本研究重点探讨了氟氯氰菊酯对斑马鱼幼体发育和神经系统的影响。通过将氟氯氰菊酯添加到培养基中，使斑马鱼暴露于该化合物，然后利用斑马鱼幼体评估其早期发育状况、脑组织结构、神经元细胞以及相关的分子机制。研究结果旨在揭示氟氯氰菊酯对神经系统的潜在安全风险，强调需要进一步关注其对环境和生物的影响。

实验部分

斑马鱼培养

野生型AB品系的斑马鱼购自中国斑马鱼资源中心（武汉）。Tg(flk1:nGFP)品系、Tg(flk1:eGFP; gata1:mCherry)品系、Tg(huc:eGFP)品系和Tg(hb9:eGFP)品系的斑马鱼购自南京YSY生物技术有限公司（南京）。使用分析天平准确称量2.92克NaCl、0.13克KCl、0.44克CaCl2和0.81克MgSO4，然后将其加入1升去离子水中，充分混合。

氟氯氰菊酯导致斑马鱼幼体发育异常

暴露于氟氯氰菊酯72小时后，斑马鱼幼体的存活率呈浓度依赖性下降（图1A）。当氟氯氰菊酯浓度为16.0 μg/mL时，存活率低于25%；当浓度低于4.0 μg/mL时，存活率超过95%。进一步以不同浓度（0–4.0 μg/mL）暴露斑马鱼幼体，发现该杀螨剂会改变幼体的发育形态（图1B, C）。

讨论

氟氯氰菊酯主要通过抑制螨虫的线粒体复合物II来控制柑橘和苹果树等果树上的螨虫（Hayashi等人，2013年）。然而，对其安全性的评估仍不够充分。在本研究中，72小时的斑马鱼幼体被暴露于不同浓度的氟氯氰菊酯溶液（0–4.0 μg/mL）中，以评估其对幼体神经系统的早期影响。当暴露浓度达到12.0 μg/mL时，死亡率显著增加。

结论

本研究全面表明，氟氯氰菊酯通过多种途径对斑马鱼幼体产生显著的神经发育毒性。亚致死浓度（≤4.0 μg/mL）的暴露会导致发育畸形，包括心包水肿、卵黄囊水肿和游泳膀胱缩小，但不会影响存活率。神经行为分析显示，即使在1.0 μg/mL的浓度下也存在明显的运动缺陷，表明中枢神经系统功能受损。

作者贡献声明

陶丽明：监督、资源提供、数据分析。张洋：撰写——审稿与编辑、数据可视化、资源管理、资金筹集。段一民：撰写——初稿撰写、软件使用、方法设计、数据管理。徐文平：监督、资源提供、数据分析、概念构思。王卫国：撰写——初稿撰写、结果验证、软件使用、方法设计、概念构思。程家高：撰写——审稿与编辑、监督、资源提供。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2022YFD1700502，中国）和中央高校基本研究经费（中国）的财政支持。