《Journal of Hazardous Materials》：Behavioral toxicity of tralopyril in
Oryzias melastigma: Integrated consequences of multi-organ damage and thyroid hormone dysregulation
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本研究以斑马鱼为模型，系统评估了新型防污剂三氯苯基吡啶啉（tralopyril）的行为毒性及分子机制。结果显示，该化合物显著降低运动能力，增强趋光性，损害嗅觉功能，并引发视网膜变薄、嗅觉上皮破坏、脑室扩张等多器官病理学改变。分子层面发现调控视网膜发育基因（rh1/rh2/six6/pax6/rx3）表达异常，嗅觉受体基因下调，甲状腺激素水平升高及骨代谢紊乱。研究表明其行为毒性由感官、神经、心血管及骨骼等多系统协同损伤引起，揭示了内分泌干扰与行为功能受损的关联机制，为新型防污剂的环境风险评估提供了理论依据。
刘斌|李腾洲|曾 Bianhao|尹海阳|孙乐|刘玲|李萍|李志华
山东大学海洋学院，中国威海 264209
摘要
Tralopyril 是一种广泛用于船体涂料的新型防污剂，由于其应用范围的不断扩大，引发了生态方面的担忧。本研究以海洋青鱼为模型，系统评估了 Tralopyril 暴露对行为的影响及其潜在机制。Tralopyril 显著降低了鱼的移动能力，增强了其趋光性，但损害了嗅觉功能。组织病理学分析显示，该物质对多个器官造成了损伤，包括视网膜变薄、嗅觉上皮破坏、脑部空泡化、心脏萎缩、肌肉组织紊乱以及颅骨软骨收缩。在分子层面，Tralopyril 改变了关键视网膜发育基因（rh1（视紫红质 1）、rh2（视紫红质 2）、six6（SIX 同源框 6）、pax6（成对框 6）和 rx3tsh（促甲状腺激素）和 tpo（甲状腺过氧化物酶）的表达上调。总体而言，观察到的行为毒性是感觉系统、神经系统、心脏系统和骨骼系统受损的累积结果，同时也涉及甲状腺激素信号传导、嗅觉信号转导和骨骼代谢等多条分子途径的紊乱。本研究突显了 Tralopyril 对海洋鱼类行为的多器官毒性影响，并为新兴防污剂的环境风险评估提供了依据。
引言
防污剂是船体涂料的重要组成部分，对防止海洋生物附着、减轻船体腐蚀和维持船舶性能起着关键作用。然而，这种“保护”机制本质上基于其对海洋生物的毒性。研究表明，防污剂会从涂料中渗入周围水体，可能对水生生物构成生态风险 [1]。Tralopyril 是一种新型防污剂，于 2014 年被纳入《生物杀灭剂法规》[2]。随着其在港口和造船厂等高暴露区域的广泛应用，对其潜在生态毒性的担忧日益增加。尽管目前尚无 Tralopyril 的直接环境监测数据，但基于防污剂释放情景的预测模型估计其环境浓度可能高达 0.7 μg/L [2]。现有研究已证明 Tralopyril 对多种海洋生物具有急性毒性。例如，它已被报道对 Clypeaster japonicus、Pseudocentrotus depressus 和 Hemicentrotus pulcherrimus 造成显著的胚胎毒性 [3]。亚致死剂量（1 μg/L Tralopyril）也会改变地中海贻贝 (Mytilus galloprovincialis) 的鳃部蛋白质表达，影响主动排泄、免疫反应和生物能量代谢相关机制 [4]。此外，我们之前的研究还发现 Tralopyril 暴露会导致海洋青鱼 (Oryzias melastigma) 的内分泌紊乱和跨代毒性 [5]。尽管有这些发现，Tralopyril 对海洋鱼类的毒性效应，尤其是对其行为功能及其潜在机制的影响，仍知之甚少，需要进一步研究。
在环境毒理学中，行为障碍作为一种高度敏感的生物反应，相较于传统的死亡率或组织病理学改变等指标更为重要。行为测定可以在低剂量、亚致死暴露条件下检测污染物引起的效应，从而为生态风险评估提供有价值的工具 [6]。在鱼类中，环境线索主要通过视觉和嗅觉感知，这些感觉系统对觅食、躲避捕食者和繁殖等基本行为至关重要 [7]、[8]、[9]。大量研究表明，水生污染物会破坏这些感觉介导的行为功能。例如，有机磷阻燃剂（OPEs）会损害斑马鱼的视网膜结构和光感受器功能，导致趋光行为异常 [10]。Scott 等人报告称，短期接触苯并[a]芘（BaP）会对白海鲈 (Atractoscion nobilis) 的视觉行为产生不利影响 [11]。此外，三氯生（TCS）和三氯卡班（TCC）已被证明会干扰金鱼 (Carassius auratus) 的嗅觉信号转导，显著抑制其嗅觉反应 [12]。这些发现强调了感觉介导的行为毒性在当代环境毒理学中的重要性。然而，像 Tralopyril 这样的新型防污剂的感觉毒性仍缺乏充分研究。目前对鱼类行为改变的解释主要局限于感觉器官的损伤，这可能无法充分解释观察到的行为变化。实际上，鱼类的行为是由多个器官系统的协调作用共同决定的。例如，中枢神经系统处理感觉输入并控制行为反应 [13]、[14]；心血管功能可以间接调节行为 [15]、[16]；肌肉骨骼系统为运动提供生物力学基础，包括平衡控制和尾鳍运动 [17]、[18]。因此，虽然这些系统不被传统上归类为感觉器官，但它们在视觉和嗅觉相关行为中起着重要的支持性和整合作用。
此外，越来越多的证据表明，内分泌系统——特别是甲状腺激素——在鱼类的神经发生和感觉发育中起着关键的调节作用 [19]、[20]、[21]、[22]、[23]。内分泌功能的紊乱可能会间接导致感觉-行为异常。Tralopyril 被确定为一种干扰内分泌的化学物质 [5]。然而，将其内分泌干扰活性与行为毒性直接联系起来的证据尚缺乏。根据先前的研究结果，可以推测 Tralopyril 引发的行为毒性，包括视觉和嗅觉相关行为的障碍，可能是由于多器官系统的功能障碍，而不仅仅是单一靶器官的损伤。因此，需要采用系统级的方法——整合多器官和分子层面的研究——来全面阐明 Tralopyril 在鱼类中引发行为毒性的机制。
为了更好地研究 Tralopyril 对海洋鱼类的行为毒性，本研究选择了海洋青鱼作为模型生物。近年来，由于海洋青鱼具有较高的繁殖能力、对环境污染物的敏感性以及易于实验室操作，它已成为海洋环境毒理学中的重要模型物种。此外，其透明的胚胎和幼体便于观察，而成鱼的较小体型也适合进行行为测定 [24]、[25]。为了阐明 Tralopyril 诱发行为毒性的机制，进行了一系列行为测试，包括自发运动、明暗偏好和嗅觉偏好测试。使用苏木精-伊红（H&E）染色法对大脑、心脏、肌肉组织、视网膜和嗅觉上皮进行了全面的组织学分析。此外，还使用 Alcian blue 染色法检查了颅骨软骨的发育和潜在的骨骼畸形。随后进行了分子分析，以评估甲状腺激素水平及相关基因的表达，旨在阐明内分泌相关机制。本研究增强了对 Tralopyril 诱导的行为毒性的机制理解，并为新型防污剂的环境风险评估和技术支持提供了理论基础。
化学物质
Tralopyril（纯度 98%）购自 HEOWNS Biochemical Technology Co., Ltd.（中国天津）。在二甲基亚砜（DMSO；Solarbio，北京，中国）中配制了储备溶液，并在使用前稀释至工作浓度 1 μg/L 和 10 μg/L。所有处理组中 DMSO 的最终浓度均低于 0.001%（v/v）。详细的制备方法见支持信息文本 S1。本研究中使用的所有其他试剂均为分析级。
海洋青鱼的饲养和实验设计
成年海洋青鱼
Tralopyril 对海洋青鱼行为的影响
暴露于 Tralopyril 后，评估了海洋青鱼的行为反应，包括自发运动、明暗偏好和嗅觉驱动的行为（图 1）。在自发运动试验中，暴露 42 天后，对照组与 1 μg/L 或 10 μg/L Tralopyril 处理组之间的总运动时间没有显著差异（图 1A）。然而，两个 Tralopyril 处理组的平均速度均显著降低
讨论
本研究通过行为、组织病理学、生化和分子层面的综合分析，系统评估了新型防污剂 Tralopyril 对海洋青鱼的行为毒性。结果表明，Tralopyril 显著降低了鱼的自发运动能力，增强了趋光行为，但损害了嗅觉功能。相关性分析表明，这些行为变化不太可能仅由单一因素引起
结论
本研究揭示了 Tralopyril 对海洋青鱼的多器官毒性及其潜在的行为机制。行为分析显示，Tralopyril 暴露显著损害了鱼的移动能力、光感受能力和嗅觉功能。组织学和分子证据进一步表明，这些行为毒性是由于多个器官系统的协同损伤造成的，包括感觉器官、神经系统、心脏和骨骼的结构损伤
环境影响
Tralopyril 作为新一代防污剂的大规模应用引发了重大的生态担忧，特别是其对非目标海洋生物的亚致死效应。本研究提供了有力证据，证明 Tralopyril 会导致海洋青鱼的多器官毒性，通过干扰感觉系统、神经系统、心血管系统、骨骼系统和内分泌系统损害关键生存行为。本研究为生态风险评估提供了重要见解
作者贡献声明
李腾洲：撰写——初稿，研究。曾 Bianhao：软件处理。刘斌：撰写——初稿。李志华：撰写——审稿与编辑，监督，资金获取，概念构思。刘玲：方法学。李萍：软件处理。尹海阳：数据管理。孙乐：正式分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了 国家自然科学基金（42277269）的财政支持。
