非靶向的脂质组学分析揭示了六溴环十二烷暴露对一种分支珊瑚的影响

《Aquatic Toxicology》：Untargeted lipidomic profiling reveals the effect of hexabromocyclododecane exposure on a branching coral

珊瑚暴露六溴环十二烷致脂代谢紊乱及氧化应激改变，提示微塑料添加剂威胁珊瑚健康。

　　

传和唐|婷茹刘|清瑜林|馨慧L

台湾屏东国家海洋生物博物馆及水族馆

摘要

随着海洋中微塑料的增加，塑料添加剂对颗粒饲料的生物可利用性显著提高，这引发了人们对珊瑚健康受到损害的担忧。本研究采用非靶向脂质组学方法来识别暴露于六溴环十二烷（HBCD）的珊瑚的健康风险迹象。观察到珊瑚的脂质代谢受到干扰，主要表现为多不饱和磷脂（尤其是20:4、20:5、22:4和22:6）的剂量依赖性变化，这是由于反馈效应促进了脂质生成。转录活性的降低影响了脂质生物合成，进而导致脂质氧合和过氧化减少，这些变化被认为是由HBCD引起的。根据脂质的功能，特别是醚型甘油磷胆碱和乙烯醚型甘油磷乙醇胺的变化，可能会损害珊瑚细胞的生理健康。因此，海洋中的HBCD污染对珊瑚健康构成了潜在威胁。

引言

珊瑚不仅是主要的初级生产者，还构建了作为多种生物栖息地的珊瑚礁框架，在生态系统中发挥着基础性作用。珊瑚的健康对于维持生态系统的持续发展至关重要（Pratchett等人，2011年）。然而，系统证据表明，除了海洋变暖外，人类活动产生的各种化学污染物也威胁着珊瑚的生存（Ouédraogo等人，2021年）。联合国（UNEP，2014年）将海洋微塑料污染列为全球十大新兴环境问题之一，这种污染已被认为是对全球珊瑚礁完整性的潜在威胁（Chae和An，2017年；Huang等人，2020年；Reisser等人，2013年）。微塑料对珊瑚健康的威胁令人担忧，因为已证实微塑料在珊瑚体内具有高度的生物可利用性（Corinaldesi等人，2021年；Okubo等人，2020年；Reichert等人，2022年）。微塑料含有各种化学添加剂，如增塑剂和阻燃剂，这些添加剂显著增加了化学物质对多种水生生物的生物可利用性，尤其是颗粒饲料生物（Chae和An，2017年；Fauser等人，2022年；GESAMP，2020年）。除了微塑料的颗粒毒性外，化学添加剂还通过化学毒性危害珊瑚健康（Gunaalan等人，2020年）。

自20世纪80年代以来，六溴环十二烷（HBCD）通常被添加到泡沫聚苯乙烯塑料中作为阻燃剂，含量通常为0.7–2.5%（Alaee等人，2003年）。由于大量塑料管理不善，HBCD在全球环境中的存在似乎非常普遍且不断增加，尤其是在海洋环境中（Barhoumi等人，2023年；De-la-Torre等人，2020年）。研究表明，HBCD主要存在于固体颗粒上，如悬浮物质和沉积物中，因为HBCD具有高度疏水性，主要通过塑料进入海洋环境（De-la-Torre等人，2020年）。在海洋沉积物中检测到的HBCD浓度高达数百微克/千克，而在海水中仅检测到几纳克/升。在这种情况下，某些特定的海洋生物可能会受到高水平的HBCD暴露。作为一种持久性有机污染物（Marvin等人，2011年），HBCD已被证明会在海洋生物（包括珊瑚、甲壳类动物、软体动物、鱼类和哺乳动物）体内大量积累（Aminot等人，2020年；Gu等人，2017年；Hong等人，2014年；Lee等人，2023年；Shi等人，2017年；Son等人，2015年），并且可能通过食物网进一步放大（Marvin等人，2011年；Tang等人，2015年）。令人担忧的是，HBCD是一种内分泌干扰化学物质，会通过影响相关基因的表达来扰乱正常的生理调节，例如甲状腺和性激素的调节（Dong等人，2018年；Fery等人，2010年；Hamers等人，2006年；Marvin等人，2011年；Yamada-Okabe等人，2005年；van der Ven等人，2006年）。HBCD还被证明会显著影响免疫细胞的功能，可能加速动物的免疫系统（Koike等人，2013年）。除了与免疫功能相关的基因外，暴露于HBCD的蛤蜊鳃部参与能量代谢、解毒和抗氧化系统的基因表达也发生了变化（Zhang等人，2013年）。在蛤蜊鳃部，HBCD的基因毒性和细胞毒性还导致核和核仁异常以及细胞死亡（Smolarz和Berger，2009年）。因此，自2013年起，HBCD被列入《斯德哥尔摩公约》关于持久性有机污染物的附件A中（UNEP，2013年）。

脂质组学是代谢组学的一个分支，它全面分析内源性小分子代谢物，以表征活体系统中蛋白质组、转录组和基因组的相互作用（Bedia，2022年）。脂质组包含各种脂质分子，不仅可以作为代谢过程的底物和产物，还可以在结构和化学上调节细胞生理功能。例如，脂质可以根据其组成分子的物理化学性质表现出集体行为，从而完成细胞膜的各种生理功能（Asatryan和Bazan，2017年；van Meer等人，2008年）。此外，脂质的功能基团（如脂肪酸链）可以作为信使或前体，在细胞对环境信号或应激因素的反应中发挥作用（Rosset等人，2021年；Mandal等人，2012年）。某些脂质，如含有多不饱和脂肪酸（PUFAs）的脂质，可以作为过氧化的目标，从而决定细胞的命运（Yang和Stockwell，2016年；Yin等人，2011年）。与其他基于组学的方法一样，脂质组学分析能够提供关于外部和内部环境因素引起的生物效应机制的丰富信息（Southam等人，2011年）。脂质组学方法也被用于探索环境污染物的毒性，以评估暴露的生物效应（Koelmel等人，2020年；Lee等人，2018年）。

在大规模的珊瑚礁调查中，珊瑚对疾病的易感性增加与周围微塑料污染有关，但其机制仍有待确定（Lamb等人，2018年）。也有报道指出，塑料化学添加剂在珊瑚体内积累（Jafarabadi等人，2021年；Montano等人，2020年；Saliu等人，2019年），这表明微塑料可能危害珊瑚健康。目前尚不清楚HBCD对珊瑚健康的毒性作用。一项研究报道，尽管HBCD在珊瑚体内大量积累，但短期暴露对其光生理学相关因素没有影响（Aminot等人，2020年）。在探讨化学添加剂对生物体的长期健康影响时，脂质组学变化可以作为反映细胞对添加剂暴露反应的主要指标。因此，本研究采用了非靶向脂质组学方法来深入了解HBCD暴露对珊瑚健康的影响。根据获得的结果，脂质代谢的变化归因于HBCD暴露的潜在影响，这种影响破坏了珊瑚的生理健康。

实验片段

HBCD暴露实验

本研究使用四个珊瑚群体（Pocillopora acuta）在7升流式水族箱中培养作为实验对象。所有珊瑚群体都维持相同的共生藻类分类（Cladocopium），这是通过叶绿体大亚基序列鉴定出来的（Lange等人，2023年）。从每个群体中分离出约2.5克的珊瑚枝条，并在暴露实验前至少培养3周。每个测试组包含4个重复的珊瑚枝条

珊瑚的生理变化

如图1-2所示，HBCD暴露明显影响了珊瑚的过氧化状态。暴露于HBCD 10天的珊瑚中，H₂O₂含量显著下降（单因素方差分析，p < 0.05）：[对照组 369 ± 68.7，低水平组 113 ± 54.6，高水平组 119 ± 31.1 nmol/mg蛋白质]（图1A）。相应地，在低水平和高水平HBCD处理的珊瑚中检测到H₂O₂降解活性增加（图2B）（49.4 ± 10.9 和 48.6

讨论

总体而言，HBCD的毒性并不急性强，尤其是对水生生物而言（Marvin等人，2011年）。通过调节核因子（如孕烷X受体、构成型雄烯受体和过氧化物酶体增殖活化受体（PPAR）的激活，HBCD可以干扰后续细胞途径的作用（Canton等人，2008年；Germer等人，2006年；Proenca等人，2023年）。例如，通过环氧化酶和细胞色素P450单加氧酶的二十烷酸代谢

结论

本研究表明，HBCD可能通过干扰基因表达来影响珊瑚的生理和代谢。根据获得的结果，HBCD暴露最初降低了氧化状态，然后扰乱了珊瑚的脂质代谢。根据改变的脂质的生理作用（如含PUFA的醚型磷脂减少和溶血醚型磷脂增加），可以推断出某些机制导致了细胞健康的损害

作者贡献声明

C.H. 唐：概念化、正式分析、资金获取、研究、方法论、项目管理、资源提供、监督、初稿撰写、审稿和编辑。T.J. 刘：研究。C.Y. 林：方法论、资源提供。H.H. 李：研究。所有作者声明没有其他需要披露的内容。

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传和唐：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、软件使用、资源提供、项目管理、方法论、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。婷茹刘：研究。清瑜林：资源提供、方法论。馨慧L：研究。