来自绿珠蚌（Bellamya aeruginosa）的铬通过ROS-FoxO-ENaC信号通路在药用水蛭（Whitmania pigra）体内引发水肿

《Journal of Hazardous Materials》：Trophic Transfer of Chromium from Bellamya aeruginosa drives Edema in Medicinal leech Whitmania pigra via the ROS-FoxO-ENaC Signaling

铬污染通过贝类生物富集在食物链中传递，诱导血吸虫水肿病（WPE）。研究发现Cr(VI)破坏肠道菌群平衡，引发氧化应激，抑制FoxO信号通路，导致上皮钠通道（ENaCα）及Na+/K+-ATP酶功能异常，造成组织水肿。实验证实16-20天水环境净化可有效去除贝类体内铬积累，为水生生物防控及食品安全提供新策略。

　　

李琦|陈欣|戴彩娇|黄浩轩|王向宇|李丽娟|王江华|袁俊发

中国华中农业大学渔业学院水生动物医学系，武汉

摘要

铬在水生食物网中的积累对动物和人类健康构成了日益严重的威胁。尽管先前的研究已经建立了肠道菌群失调与Whitmania pigra水肿病（WPE）之间的关联，但其背后的机制仍不甚明了。在本研究中，我们发现从受污染的淡水栖息地中采集的Bellamya aeruginosa能够生物累积铬，并通过食物链将其传递给Whitmania pigra，从而引发WPE。通过喂食或浸泡暴露于六价铬（Cr(VI)会导致Whitmania pigra的肠道微生物群失衡、活性氧（ROS）水平升高以及FoxO信号通路受到抑制。这种氧化还原平衡的紊乱改变了上皮钠通道（ENaCα）和Na?/K?-ATPase的表达，进而影响渗透调节并导致体液滞留。此外，Cr(VI)还触发了肠道和肌肉组织中的caspase-9依赖性线粒体凋亡途径，并上调了炎症细胞因子。重要的是，毒代动力学模型显示铬在Bellamya aeruginosa的内脏组织中优先积累，而通过16–20天的清洁水净化处理可以有效减轻这种积累。这些发现为铬的毒性机制提供了证据，并支持了确保饲料安全和环境健康的实际修复策略。

引言

水蛭属于环节动物门，由于其药用价值、科学意义和生态重要性而受到研究关注[1]、[2]、[3]。例如，在Whitmania pigra中已鉴定出100多种生物活性物质，这些物质被用于治疗高血压、动脉粥样硬化和肿瘤疾病的300多种医疗处方中[7]。人工养殖是Whitmania pigra的主要来源，这种水蛭也是中国草药贸易中最常见的药用水蛭[5]。然而，养殖的水蛭群体正面临日益严重的Whitmania pigra水肿病（WPE）威胁。关键的是，先前的研究已经证明肠道菌群失调是导致WPE的原因，但其根本诱因仍不清楚[6]。 作为非吸血物种，Whitmania pigra自然以池塘螺类为食并提取其体液[7]。现场流行病学调查显示，养殖的Whitmania pigra发生WPE与摄入来自自然水域的饲料Bellamya aeruginosa 有关。先前的报告指出，来自湘江、太湖等自然水域的Bellamya aeruginosa 群体受到铬（Cr）和其他重金属的污染，尤其是其内脏部分[8]。我们推测，这些重金属可能通过食物链影响Whitmania pigra ，因为它们在食物网中会发生生物累积。此外，由于自然或养殖的Bellamya aeruginosa 在亚洲多个地区被人类食用，这种污染途径也对人类健康构成直接风险[9]。因此，评估从Bellamya aeruginosa 到Whitmania pigra 的食物链中的重金属传输风险有助于揭示从Bellamya aeruginosa 到人类的潜在传播途径。

重金属，包括铬，是全球水生生态系统中最常见的污染物之一[10]。铬污染通常来源于自然过程和人类活动，最终污染水生生态系统并危害人水生物[11]、[12]。根据美国环境保护署（1985年）的数据，六价铬（Cr(VI)对27种淡水物种具有不同的急性毒性阈值，其中枝角类动物在23 μg/L时表现出敏感性，而石蝇则能耐受高达1870 μg/L的浓度[13]。尽管已有大量研究记录了Bellamya aeruginosa 中对铬和其他重金属的生物累积，但关于这些重金属通过食物链对Whitmania pigra 等环节动物的影响的研究仍有限[14]、[15]。 虽然铬可以存在于多种价态，但在水生环境中主要以三价铬（Cr(III)或六价铬（Cr(VI)的形式存在[16]。六价铬（Cr(VI)的毒性通常比三价铬（Cr(III)更强，这与其溶解性和氧化能力有关[17]、[18]。六价铬（Cr(VI) 具有很强的膜通透性，尤其是在肠道和皮肤吸收方面，氧化应激是其主要的毒性机制[19]。在本研究中，我们发现Bellamya aeruginosa 中的铬污染是通过食物链导致Whitmania pigra 发生WPE的肠道菌群失调的潜在因素。机制上，六价铬（Cr(VI) 通过ROS-FoxO信号通路影响上皮钠通道的功能，从而引发水肿。控制Bellamya aeruginosa 中铬的释放有助于保护Whitmania pigra 的健康，为确保Whitmania pigra 和人类的食品安全提供了一种可行策略。

样本采集

样本采集

实验中使用的健康Whitmania pigra 个体来自中国湖北省潜江市的一个标准化水产养殖基地（30.42°N, 112.88°E），平均体重为8.26 ± 0.86克。采样水体是一个标准化的养殖池塘，尺寸为25米×4米×0.4米，水温保持在24-28℃之间。Whitmania pigra 样本首先用75%的酒精消毒，然后在其肠道组织在无菌环境中进行机械处理

通过饮食暴露，Bellamya aeruginosa 中的铬污染与WPE的发生相关

根据水蛭养殖者的报告，在给Whitmania pigra 喂食Bellamya aeruginosa 后，WPE会持续发生，表明Bellamya aeruginosa 是WPE的潜在致病因素。考虑到Bellamya aeruginosa 具有积累重金属的倾向，我们从受水蛭影响的养殖场和健康对照养殖场采集了样本以测定其中的重金属含量。共分析了39个采样点的20种重金属，包括18个患病地点和21个健康养殖场。

讨论

由于不可降解的性质，重金属在水生环境中持续存在并通过食物链放大，最终可能危害顶级捕食者[35]、[36]。基于我们之前关于微生物菌群失调致病性的研究结果[6]，本研究进一步确定铬是这种菌群失调的上游环境触发因素。本研究表明，摄入来自自然水域的受铬污染的Bellamya aeruginosa 会引发WPE

环境影响

水生生态系统中的铬污染对动物和人类健康构成威胁。本研究揭示了六价铬（Cr(VI) 如何在Bellamya aeruginosa 中生物累积并通过食物链传递，从而引发Whitmania pigra 水肿病（WPE）。我们证明了六价铬（Cr(VI) 会破坏肠道微生物群，引发氧化应激并影响Whitmania pigra 的渗透调节。重要的是，我们找到了一种有效的净化方法来去除Bellamya aeruginosa 中的铬。这些发现提供了关键见解

研究伦理批准

所有涉及动物的实验均遵循华中农业大学机构动物伦理委员会（HZAUFI-2021-016）授权的伦理指南进行。

资金来源

本工作得到了中央高校基本科研业务费（2662024SCPY007）和湖北省农业研究系统（2025HBSTX4-05）的财政支持。

未引用的参考文献

[4]; [47]

CRediT作者贡献声明

王向宇：软件开发、方法学设计。黄浩轩：方法学设计、数据分析。王江华：方法学设计。李丽娟：撰写、审稿与编辑。袁俊发：撰写、审稿与概念构思。李琦：撰写、原始草稿撰写、实验设计。戴彩娇：方法学设计。陈欣：方法学设计、实验设计。

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益和个人关系：袁俊发报告称获得了中央高校基本科研业务费的财政支持；袁俊发还获得了湖北省农业研究系统的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢俄亥俄州立大学的Jeremy Mar博士帮助我们修改了论文。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。