甲状腺素对福建牡蛎胚胎及幼虫生长与发育的剂量和时间依赖性调控作用研究

《Aquaculture Reports》：Effects of thyroxine on embryonic and larval growth and development of Fujian oyster ( Crassostrea angulata)

本刊推荐：为解决牡蛎水产养殖中幼虫死亡率高、变态成功率低等瓶颈问题，研究人员以福建牡蛎（Crassostrea angulata）为模型，系统探究了甲状腺激素（THs）关键成员——甲状腺素（T4）的浓度（1.29×10?9至10?5mol/L）与暴露时长（0.5-16 hpf）对其胚胎和D形幼虫发育的影响。研究发现低中浓度T4可显著提高孵化率和幼虫壳长，而高浓度则产生抑制效应，且母体暴露途径可缓解高剂量直接暴露的毒性。该研究首次在双壳贝类中明确了T4的剂量-时间依赖性调控规律，为通过激素调控提升水产苗种质量提供了新策略。

　　

在辽阔的海洋中，牡蛎不仅是一道美味的海鲜，更是沿海生态系统的重要工程师。它们通过滤食作用净化水质，减缓水体富营养化，同时为沿海社区带来可观的经济收益。然而，无论是依赖人工育苗的牡蛎养殖业，还是旨在修复自然牡蛎礁的生态项目，都面临着一个棘手的共同难题：胚胎和幼虫阶段极高的死亡率以及极低的变态成功率。这直接导致了优质种苗的短缺，制约了产业的可持续发展。有意思的是，生态调查发现，天然牡蛎礁上很少见到幼虫在旧贝壳上附着的迹象，这暗示着其早期胚胎发育和自然补充过程可能受到了某种干扰。因此，探寻提升牡蛎幼虫发育质量的有效途径，成为了平衡产业盈利与生态功能的关键。

在脊椎动物（如鱼类）中，科学家们早已发现甲状腺激素（Thyroid Hormones, THs）是调控早期发育和变态过程的关键角色。THs主要包括甲状腺素（Thyroxine, T₄）和生物活性更高的三碘甲状腺原氨酸（Triiodothyronine, T₃），T₄需要通过脱碘酶（Deiodinase）的作用转化为T₃才能充分发挥作用。尽管无脊椎动物（除脊索动物外）缺乏典型的甲状腺器官，但越来越多的证据表明，THs同样在它们的生长、发育、甚至变态过程中扮演着重要角色。例如，在海胆、甲壳类和某些腹足类软体动物中，外源性的THs能够影响胚胎发育、幼虫生长和变态。对于双壳贝类，如太平洋牡蛎（Crassostrea gigas），研究人员已经检测到内源性的T₃和T₄，并鉴定出了脱碘酶基因，过高的T₄水平会抑制幼虫的生长。这些发现提示，无脊椎动物可能拥有一套独特的THs合成和信号传导系统。然而，与脊椎动物相比，THs在双壳贝类胚胎发生过程中的生理作用，特别是其作用剂量、时间效应以及作用机制，仍然模糊不清。

为了填补这一空白，并探索利用THs调控提升牡蛎幼虫质量的可行性，一项聚焦于福建牡蛎（Crassostrea angulata）的研究在《Aquaculture Reports》上发表。福建牡蛎是我国重要的养殖和经济物种，对其早期发育调控机制的研究兼具理论价值和实践意义。研究人员设计了一套精巧的实验方案，系统地探究了T₄如何影响福建牡蛎的早期生命阶段。

为了全面评估T₄的作用，研究人员采用了三种递送方式：直接胚胎浸泡、母体浸泡以及先用硫脲（Thiourea, TU，一种THs合成抑制剂）处理母体后再对其胚胎进行T₄恢复处理。T₄的浓度梯度设置为1.29 × 10^?9到 10^?5mol/L，覆盖了从低到高的生理及可能药理学范围。暴露时间点则精细地覆盖了从受精后0小时（卵子阶段）到16小时（D形幼虫阶段）的关键发育窗口。研究的主要观测指标包括D形幼虫的孵化率（Hatching Rate, HR）和壳长（Shell Length）。此外，为了揭示现象背后的激素动态变化，研究人员还利用经过验证的化学发光免疫分析法（Chemiluminescence Immunoassay, CLIA），在不同发育阶段（卵、受精卵、卵裂期、囊胚期、原肠胚期、担轮幼虫期、D形幼虫期）定量检测了胚胎/幼虫体内的T₃和T₄含量，并计算了T₃/T₄的比值，以间接评估T₄向T₃转化的活性。实验均设置了三重生物学重复，并使用0.01 N NaOH作为溶剂对照，以确保结果的可靠性。所有数据均经过适当的统计学处理，以评估各组间的显著性差异。

3.1. D形幼虫的孵化率

研究结果清晰地展示了一幅剂量和时间依赖性的画面。在直接胚胎浸泡实验中，低、中浓度的T₄（G7: 10^?7mol/L, G8: 10^?8mol/L, G9: 10^?9mol/L）处理，特别是在短时间（0.5或1 hpf）暴露下，能显著提高D形幼虫的孵化率。例如，G8组在0.5 hpf处理时，孵化率达到了86.46%，比对照组高出9.53%。相反，高浓度T₄（G5: 10^?5mol/L, G6: 10^?6mol/L）和TU处理则显著降低了孵化率，并且这种抑制效应随着暴露时间的延长（至5 hpf和16 hpf）而加剧。在母体浸泡实验中，虽然高浓度T₄（G5）和TU处理仍然表现出抑制作用，但中、低浓度T₄（G7, G9）处理组的后代孵化率显著高于对照组。特别值得注意的是，在母体经TU预处理（抑制内源THs合成）后，再对胚胎进行T₄恢复处理，中、低浓度T₄能够有效逆转TU导致的孵化率下降，甚至使其超过对照组水平，而高浓度T₄的抑制效应依然存在。这表明外源T₄可以补救因内源THs合成被抑制而造成的发育缺陷，但其效果严格依赖于剂量。

3.2. 幼虫生长性能

在幼虫生长（以壳长为指标）方面，观察到了与孵化率相似的趋势。直接胚胎浸泡时，低、中浓度T₄的短期处理（如G7组0.5 hpf）能显著促进D形幼虫壳长的增长，最大壳长（74.34 μm）比对照组增加了2.46 μm。而高浓度T₄和TU的长时间处理（如16 hpf）则显著抑制了壳长生长。在母体暴露途径下，中、低浓度T₄处理的后代壳长显著大于对照组，而高浓度T₄处理的后代壳长短于对照组，但相较于直接高浓度胚胎暴露，其抑制程度似乎有所减轻。经过母体TU预处理后，中、低浓度T₄恢复处理同样能显著促进幼虫壳长，最佳效果出现在G8组1 hpf处理，壳长比对照组增加了7.77 μm。

3.3. 福建牡蛎发育过程中THs的定量测量

对胚胎/幼虫体内甲状腺激素含量的分析，为上述表型结果提供了生理层面的解释。在直接胚胎浸泡后，高浓度T₄（G5）处理组的胚胎在整个发育过程中都维持着极高的T₄水平，T₃水平也有所升高，但T₃/T₄比值普遍低于对照组，提示高剂量T₄可能超出了胚胎正常的代谢清除或转化能力，导致累积甚至潜在毒性。而中浓度T₄（G8）处理组，虽然在受精卵阶段T₄和T₃水平显著升高，但从卵裂期到D形幼虫期，T₄水平逐渐下降，T₃/T₄比值在卵裂期到囊胚期呈现上升趋势，表明此阶段可能存在活跃的T₄向T₃的转化，这或许是其表现出最佳促生长效果的原因之一。TU处理则显著降低了胚胎体内的T₄水平。母体浸泡实验也揭示了激素从母体向后代的传递以及其对后代激素环境的影响。

综合讨论与结论部分，本研究有力地证实了T₄对福建牡蛎早期胚胎和幼虫发育具有显著的剂量和时间依赖性调控作用。低至中等浓度的T₄（特别是10^?8mol/L附近）短期暴露（0.5-1 hpf）能够显著改善孵化率和幼虫生长，展现出促进发育的积极效应。而过高的浓度（10^?6, 10^?5mol/L）或过长的暴露时间（如16 hpf）则会产生抑制效应，这可能与激素过量累积、内环境稳态被打破有关。研究还发现，通过母体途径暴露T₄，可能在一定程度上缓冲高剂量激素的直接毒性，表现为对后代发育的抑制作用较直接胚胎暴露为轻，这为实际应用提供了更安全的潜在给药策略。此外，在发育优势最明显的G8组中，观察到的从卵裂期到囊胚期升高的T₃/T₄比值，暗示了这一关键发育窗口期T₄向活性T₃的转化增强，可能是其发挥最佳促进作用的潜在机制之一。

这项研究的意义在于，它首次在福建牡蛎中系统阐明了T₄调控早期发育的剂量-时间效应规律，深化了我们对THs在无脊椎动物中生理功能的理解。其研究成果为水产养殖业提供了新的思路：通过精确控制T₄的浓度和处理时机（例如，对受精卵进行0.5-1 hpf的短时浸泡，或对亲贝进行低中浓度浸泡），有望成为一种提升牡蛎幼虫质量、降低早期死亡率的有效生物调控技术。当然，将实验室的发现转化为成熟的养殖技术，还需要后续研究评估其对幼虫后期生长、变态乃至成体健康的长期影响，并在实际的育苗环境中进行验证。但无疑，这项研究为实现牡蛎养殖的优质、高产和可持续发展点亮了一盏新的明灯。