《Aquatic Toxicology》：Artificial light at night induces opposing neurotoxic effects in adult and larval zebrafish
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人工光照夜间暴露对斑马鱼成体和幼体的神经行为及去甲肾上腺素途径影响研究。通过比较红（628 nm）、绿（519 nm）、蓝（465 nm）光环境下斑马鱼的行为及分子表达，发现成体在红蓝光下焦虑样行为增强且去甲肾上腺素通路激活，幼体则表现出行为抑制和通路抑制，绿色光影响较小。
张宇涵|曹淼|王同月|宋一群|魏胜|郭学平|徐婷|尹大强
教育部长江水环境重点实验室，同济大学环境科学与工程学院，上海200092，中国
摘要
夜间人工光（ALAN）已成为一种广泛存在的环境污染物，它改变了自然的光暗周期，并对水生生态系统构成了重大风险。鱼类对ALAN特别敏感。尽管大多数现有研究都集中在ALAN对成年鱼的影响上，但在其早期发育阶段的影响仍基本未被探索。在这项研究中，我们考察了成年和幼年斑马鱼在暴露于ALAN下的阶段特异性神经行为和分子反应。基于我们对ALAN的实地研究，我们将斑马鱼暴露在三种不同波长的光下：红色（628纳米）、绿色（519纳米）和蓝色（465纳米），光子通量密度为0.26 μmol·m?2·s?1。幼年斑马鱼暴露时间为6天，而成年斑马鱼暴露时间为14天。结果显示，成年斑马鱼在暴露于红色和蓝色ALAN时表现出显著的焦虑样行为，而幼年斑马鱼在同一条件下则表现出较低的焦虑样反应。与这些行为模式一致，神经化学检测进一步表明，在红色和蓝色ALAN暴露下，成年斑马鱼的儿茶酚胺能通路被激活，而在幼年斑马鱼中则受到抑制。绿色ALAN对两个阶段的影响最小。这些发现突显了ALAN的阶段特异性神经毒性风险，并提供了将儿茶酚胺能失调与焦虑样行为改变联系起来的机制证据。它们还为不同颜色ALAN如何影响鱼类神经调节提供了重要的机制见解。总体而言，本研究为ALAN的生态风险评估提供了指导，并强调了在制定水生照明管理策略时考虑光谱和生命阶段的重要性。
引言
近年来，夜间人工光（ALAN）已被认为是一种新兴的环境污染物，其全球范围在过去12年中每年增加了近10%（Kyba等人，2023年）。随着人工照明扩展到淡水和沿海生态系统，来自桥梁和河岸景观的长期夜间照明开始影响水生生态系统（Perkin等人，2011年）。尽管淡水生态系统占地球表面不到1%，但它们支持着高水平的生物多样性。由于水的独特光学特性，即使是低强度的光照也会干扰生物过程和生态相互作用（H?lker等人，2023年）。ALAN越来越多地被认为是一种潜在的内分泌干扰物（Diamanti-Kandarakis等人，2009年）。通过改变自然夜间光照条件，ALAN干扰了在调节激素节律中起核心作用的昼夜节律系统。这些激素周期的紊乱会影响生物的生理和行为，从而破坏淡水生态系统的结构和功能（Vrba等人，2024年）。
研究表明，ALAN会显著扰乱生物体的内分泌、神经和昼夜节律系统（Lei等人，2024年；Muscogiuri等人，2022年）。越来越多的证据表明，鱼类容易受到ALAN的影响，这会扰乱它们的行为，抑制褪黑激素的产生，改变水生生态系统中的种间相互作用和群落结构（Closs等人，2023年；Kupprat等人，2020年；Latchem等人，2021年；O’Connor等人，2019年）。此外，ALAN的影响是复杂的，且高度依赖于特定的照明参数，主要是强度、波长和时机（Gaston等人，2015年）。特定波长的ALAN会对水生生物产生不同的影响，导致不同的生态后果（Lee等人，2013年；Li等人，2024年）。蓝色ALAN显著增加了日间啮齿动物的皮质醇浓度，而黄色ALAN组则没有显著影响（Vardi-Naim等人，2022年）。对于欧洲鲈鱼，红色和绿色ALAN显著抑制了褪黑激素的分泌并扰乱了昼夜节律，而蓝色ALAN虽然降低了褪黑激素水平，但并未改变昼夜节律（Brüning等人，2016年）。
ALAN暴露对多种生物的生理过程和神经发育都产生了破坏性影响。在鸟类中，早期生命阶段的ALAN暴露会改变体重增加；在爬行动物中，ALAN可以加速生长并提前繁殖时间（Grubisic和van Grunsven，2021年；Raap等人，2016年；Thawley和Kolbe，2020年）。ALAN暴露会扰乱神经发育过程，导致神经行为障碍、对寒冷疼痛的反应减弱以及引发焦虑样和恐惧行为（Borniger等人，2014年；Touitou等人，2017年；Bumgarner等人，2024年）。
斑马鱼是昼行性动物，白天活动最为活跃，夜间活动减少（Zhdanova，2006年）。它们拥有四色视觉系统，对蓝色、绿色和红色波长敏感（Connaughton和Nelson，2010年）。其中，蓝光（380–495纳米）和红光（620–750纳米）已被证明对斑马鱼的生理和行为有特殊影响（Horzmann和Freeman，2016年；Kiran等人，2024年；Roper和Tanguay，2018年）。有限的证据表明，ALAN会扰乱成年斑马鱼的昼夜节律并增加焦虑样行为，同时也会导致幼年斑马鱼的活动水平升高，尽管其背后的毒性途径和机制尚不清楚（Al Shuraiqi和Barry，2025年；Bumgarner等人，2024年；Cao等人，2023年）。幼年斑马鱼依赖于仍在发育中的视觉和运动系统，神经系统不成熟，而成年斑马鱼则表现出更复杂的感官整合和协调运动能力（Cao等人，2023年；Mu等人，2015年）。因此，我们假设处于不同发育阶段的斑马鱼对ALAN的反应可能不同。
儿茶酚胺能通路在调节神经发育和神经行为中起着至关重要的作用（Guindon等人，2025年；Sharma等人，2021年）。主要的儿茶酚胺类物质多巴胺（DA）和去甲肾上腺素（NE）对突触传递和大脑发育至关重要（Berger-Sweeney和Hohmann，1997年；Felten等人，1982年；Gustafson和Moore，1987年）。有大量证据表明，去甲肾上腺素（NE）的失调与焦虑和抑郁的病理生理学有关。临床研究表明，NE水平的升高特别与焦虑障碍的发展有关（Goddard等人，2010年；Singh等人，2013年）。同时，斑马鱼的神经行为和儿茶酚胺系统随着它们的成长和发展而不断成熟和完善（Hua和Ekker，2020年；Kaslin和Ganz，2020年；Schweitzer和Driever，2009年）。因此，ALAN很可能会通过调节儿茶酚胺能通路对成年和幼年斑马鱼的神经行为产生不同的影响。
在这项研究中，我们旨在系统地比较不同波长ALAN在斑马鱼不同发育阶段引起的神经毒性效应。我们考察了成年和幼年斑马鱼的神经行为和分子反应，以评估潜在的阶段依赖性效应。根据实地测量结果，选择了三种照明条件——红色（628纳米）、绿色（519纳米）和蓝色（465纳米），并使用光子通量密度（PFD）进行标准化以便比较。我们假设儿茶酚胺能通路可能是受ALAN影响的关键神经化学机制。此外，我们认为斑马鱼在不同发育阶段的神经行为和神经通路会发生变化。我们的结果阐明了斑马鱼对ALAN的发育阶段依赖性敏感性，尤其是在环境相关水平上，特别是红色和蓝色ALAN，从而提供了关于ALAN生态风险的见解。
斑马鱼饲养
成年野生型（AB品系）斑马鱼来自南京EzeRinka生物技术有限公司。成年斑马鱼被饲养在一个40升的鱼缸（40×50×20厘米）中，光照/黑暗周期为14:10小时，持续14天。水质保持在26-28°C，pH值为7.4，电导率为550 μS。成年斑马鱼每天两次喂食新鲜孵化的卤虫幼体。用于繁殖的成年斑马鱼被单独饲养，未暴露于ALAN。幼鱼按照既定程序收集（Xu等人）
ALAN引起的成年斑马鱼神经行为障碍
我们首先对成年斑马鱼进行了运动测试，各组之间的平均速度没有显著差异（图S1）。在开放场地测试中，结果显示，红色和蓝色ALAN暴露组的触觉趋向性显著增加（分别为43% ± 2%和44% ± 2%；p < 0.001），而对照组为28% ± 2%。在新型水箱测试中，红色ALAN显著降低了...
讨论
本研究通过行为监测、下丘脑区域的组织学分析以及关键儿茶酚胺能通路和相关BDNF基因的蛋白质和基因表达水平来评估ALAN对成年和幼年斑马鱼的影响。根据结果，我们假设在环境相关水平下暴露于红色和蓝色ALAN可以改变关键儿茶酚胺能通路蛋白和基因的表达（th, dbh, adra1bb, adra2a, adrb2a, mao）
结论
总之，我们的研究表明，暴露于红色和蓝色ALAN会引起斑马鱼的神经行为障碍并改变其儿茶酚胺能通路。成年斑马鱼在红色和蓝色ALAN下表现出增加的焦虑样行为，这与儿茶酚胺能通路的激活有关。相比之下，幼年斑马鱼在红色和蓝色ALAN下表现出较低的焦虑样行为，同时儿茶酚胺能通路受到抑制。而绿色ALAN...
作者贡献声明
张宇涵：概念化、正式分析、撰写 - 原稿；曹淼：概念化、资金获取、正式分析、数据管理、验证；王同月：数据管理、验证、研究、可视化；宋一群：研究、数据管理；魏胜：研究、数据管理；郭学平：撰写 - 审稿与编辑；徐婷：监督、资金获取、撰写 - 审稿与编辑；尹大强：监督、资金获取、撰写 - 审稿与编辑。
图1，图2
未引用的参考文献
Falchi等人，2016年
CRediT作者贡献声明
张宇涵：撰写 – 原稿、正式分析、概念化。
曹淼：验证、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。
王同月：可视化、验证、研究、数据管理。
宋一群：研究、数据管理。
魏胜：研究、数据管理。
郭学平：撰写 – 审稿与编辑。
徐婷：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。
尹大强：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。
