《Aquatic Toxicology》：The mechanism of selenomethionine alleviating fluoride-induced brain injury in carp by regulating mitochondrial dynamics, oxidative stress and neuroinflammation : integrated analysis of transcriptomics and metabolomics
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定量预测斑马鱼生殖功能障碍的adverse outcome pathway（AOP）模型研究，通过体外雄激素受体活性测试和体内21天受精实验，验证了TB诱导的卵巢发育异常与生殖力下降的关联性，构建了ZqAOP模型并成功预测8种环境化合物对斑马鱼繁殖的影响。
Xuan Liu|Hongxia Yu|You Song|Wei Shi|Hongling Liu
中国江苏省南京市南京大学环境学院，水污染控制与绿色资源回收国家重点实验室，邮编210023。
摘要
外源性雄激素污染物长期以来一直备受关注，与鱼类的生殖障碍有关。尽管Toxcast已经使用体外测试方法筛选了大量化合物，但在体内进行高通量测试以研究复杂效应以及进一步定量评估生殖等终点效应仍然具有挑战性。因此，我们基于不良效应途径（AOP）框架开发了一种用于预测斑马鱼生殖功能障碍的定量方法。我们对16种化合物进行了体外雄激素活性测试，并对斑马鱼进行了为期21天的17β-屈螺酮（TB）这种雄激素受体（AR）激动剂暴露实验。结果表明，TB主要通过介导AR作用影响了雌性鱼类的11-酮睾酮、雌二醇和卵黄原蛋白的水平，导致卵巢发育异常和繁殖能力下降。随后，我们构建并量化了导致雌性斑马鱼生殖功能障碍的AOP（ZqAOP），并验证了其用于化学物质外推的潜力和可靠性。最后，应用ZqAOP模型预测了八种化合物在环境浓度和全球地表水样本中的潜在生殖影响。本研究为筛选和评估具有潜在内分泌干扰作用的众多化合物提供了新的见解。
引言
为应对日益增多的化学物质所带来的危害和风险评估挑战，高通量预测毒性终点效应已成为未来研究的重要组成部分。由于传统毒理学方法效率低下且成本高昂，无法有效应对这一问题。尽管一些模型（Allen等人2020年；Grisoni等人2019年；Xin等人2024年）可以利用大数据和机器学习模型来鉴定化合物的作用模式或作用强度，但它们往往无法可靠地预测与种群动态相关的不良终点效应。不良效应途径（AOP）是一种有用的概念工具（Ankley等人2010年），能够整合体外和体内毒性测试信息，并建立高水平的生物学效应（Villeneuve等人2014a；2014b）。受特定作用模式或途径的污染物影响，生物体内的敏感分子指标可以通过AOP指示和推断潜在毒性（Doering等人2019年；Fay等人2017年）。因此，AOP在内分泌干扰化学物质（EDCs）的筛选和评估中具有巨大潜力。
具有雄激素活性或抗雄激素活性的外源性污染物是环境内分泌干扰物的一个重要组成部分。这些化合物包括天然雄激素和合成雄激素类固醇，以及其他在环境中具有雄激素或抗雄激素活性的工业化学品、农药、药品和个人护理产品。目前，进入水环境的天然和合成雄激素的主要来源包括牲畜和家禽养殖污水、城市生活污水、造纸厂纸浆和废水（Liu等人2009年；Shen等人2013年）。许多研究在环境样本（包括地表水和废水）中检测到了雄激素和抗雄激素活性。在东南亚国家的河水中，雄激素活性高达110 ng二氢睾酮（DHT）/L；澳大利亚污水处理厂报告的雄激素活性高达350 ng DHT/L（Tue等人2023年）。值得注意的是，地表水中抗雄激素活性的检出率远高于雄激素活性。全球范围内，抗雄激素活性浓度大约在100至1000 μg氟他胺（FT）/L之间；在中国和意大利，淡水中的抗雄激素活性分别为935 μg FT/L和370至4723 μg FT/L（Urbatzka等人2007年）。
AR激动作用和AR拮抗作用是雄激素受体介导的污染物的两个关键特征（Delfosse等人2012年）。这些污染物的内分泌干扰效应始于受体结合，随后涉及类固醇生成和代谢（La Merrill等人2020年）。一些研究表明，低浓度下的雄激素活性可能导致鱼类性激素（雌二醇E2；睾酮T）和卵黄原蛋白VTG失衡、繁殖能力下降和种群减少（Kiparissis等人2003年；Seki等人2010年）。然而，这些研究通常只涉及一种或少数几种化合物；研究和总结数百种化合物的毒性机制和生殖效应具有挑战性。在一定程度上，体外活性可以指示化学物质的潜在效应，但将体内复杂的分子扰动与鱼类生殖进行定量关联仍然是一个关键挑战。
为了克服这些限制并提供生态风险评估的预测工具，我们开发了一种针对雌性斑马鱼的定量不良效应途径模型（ZqAOP）。该模型明确量化了体外AR活性、体内敏感指标（关键事件KEs）和生殖障碍之间的关系。重要的是，我们评估了该模型在化合物外推方面的适用范围和预测能力。利用这一经过验证的ZqAOP模型，我们评估了典型环境化学物质的潜在生殖影响，并基于地表水样本数据进行了全球范围内的鱼类生殖暴露评估。这项工作提供了一种机制驱动的预测工具，弥合了分子起始事件（MIEs）和不良效应（AOs）之间的差距，为评估全球水环境中AR介导化合物的风险提供了关键见解。
部分摘要
斑马鱼的饲养和实验
三个月大的野生型成年斑马鱼（AB品系）在实验室中长期饲养。暴露前进行了一周的繁殖前观察，以记录产卵数量。光照周期为14/10小时（光照/黑暗），温度为27 ± 1°C，每天喂食两次。所有动物实验均获得了南京大学动物伦理委员会的批准。
选择正常繁殖的斑马鱼进行为期21天的17β-屈螺酮（TB，CAS：）暴露实验。
MDA-kb2细胞系中的（抗）雄激素反应
面对大量化学物质，逐一进行毒性测试以研究其内分泌干扰效应和生物体的毒性是非常困难的。体外活性数据库可能是解决这一问题的突破口。首先，我们调查了TOX21数据库中AR介导物质的体外毒性数据。在与MDA-kb2细胞系相关的（抗）雄激素活性测试数据中，共获得了18300条测试数据，经过清洗后得到1729条有效数据。
讨论
跨物种外推和化学物质外推是AOP发展的主要目标之一，这使得风险评估能够高效、可靠且快速地进行。AOP可用于识别、构建和整合化学物质危害评估的可用证据，而qAOP则可以将浓度-反应评估与暴露评估相结合，以描述化学物质暴露与毒性终点效应之间的关系。
CRediT作者贡献声明
概念构思：Xuan Liu, You Song, Hongling Liu
方法学：Xuan Liu, You Song
调查：Xuan Liu, Wei Shi
可视化：Xuan Liu
监督：Hongxia Yu, Hongling Liu
初稿撰写：Xuan Liu
审稿与编辑：Xuan Liu, Hongling Liu
资助声明
我们感谢国家自然科学基金（22176095和21677073）的财政支持。
未引用参考文献
Vandenberg等人，2020年
CRediT作者贡献声明
Xuan Liu：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，验证，方法学，调查，概念构思。Hongxia Yu：监督。You Song：方法学。Wei Shi：调查。Hongling Liu：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念构思。
