《Toxicon》：Detection and potential biomagnification of the neurotoxin β-methylamino-L-alanine (BMAA) and its isomers in Western Lake Erie
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为解决有害藻华释放的神经毒素β-甲基氨基-L-丙氨酸及其异构体在淡水生态系统中的赋存与食物链传递风险，研究人员在伊利湖开展了多营养级生物调查与稳定同位素分析。研究表明，与BMAA相比，其异构体AEG、DAB和BAMA检出更普遍、浓度更高，且DAB浓度与生物营养级呈弱正相关，提示异构体可能比BMAA本身对水生野生动物的风险更大。
夏日的湖泊本应是波光粼粼、生机盎然的景象，但在北美五大湖之一的伊利湖，情况却有些不同。由于农业和生活污水带来的氮、磷等营养物质过度输入，这片广阔的淡水水域正日益受到有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）的困扰。这些藻华由蓝藻、甲藻等微生物大量增殖形成，它们不仅消耗水中氧气，更会释放多种有毒化合物，其中微囊藻毒素等已为人们熟知。然而，另一种可能更隐蔽的威胁——神经毒素β-甲基氨基-L-丙氨酸（β-methylamino-L-alanine, BMAA）及其相关化合物在伊利湖生态系统中的情况却鲜为人知。BMAA是一种非蛋白质氨基酸，在实验室研究中已被证实具有神经毒性，可能与肌萎缩侧索硬化症等人类神经退行性疾病存在潜在关联。更复杂的是，BMAA在环境中并非“孤军奋战”，它常与几个“长相”相似但结构不同的“兄弟”——异构体共存，包括N-(2-氨基乙基)甘氨酸（AEG）、2,4-二氨基丁酸（DAB）和β-氨基-N-甲基丙氨酸（BAMA）。这些异构体有的本身也具有毒性，它们是否会通过食物链在生物体内积累甚至放大，从而对高营养级的生物（包括人类）构成威胁？这正是发表在《Toxicon》上的这项研究试图回答的核心问题。
为了解开这些谜团，研究人员于2021年7月下旬在加拿大安大略省皮利角附近的伊利湖西部流域展开了一场系统的“生态搜查”。他们采集了代表不同营养级的生物样本，从基础的浮游动物和斑马纹贻贝、魁蚶等滤食性贝类，到作为饵料鱼的各种小鱼，再到处于食物链较高位置的成年黄鲈和玻璃梭鲈。研究团队运用了两种关键技术来描绘毒素的分布与传递图景：一是利用超高效液相色谱-串联质谱法（UPLC-MS/MS）精确定量生物样本中BMAA及其三种异构体的含量，该方法能有效区分这些结构相似的化合物；二是通过氮稳定同位素分析（δ15N）来计算每个样本的生物营养级，从而量化其在食物网中的位置，为探究毒素是否随营养级升高而增加（即生物放大）提供了科学依据。
研究结果揭示了伊利湖生态系统中这些神经毒素令人意外的分布模式。
BMAA和异构体的检出与浓度
在所有检测样本中，高达97.3%的样本至少含有一种BMAA异构体。然而，主角BMAA却出人意料地“低调”，仅在26%的样本中检出，且平均浓度远低于其异构体。相反，AEG、DAB和BAMA的检出率分别高达90.6%、48%和71.3%，平均浓度也显著高于BMAA。特别值得注意的是，BMAA仅在鱼类脑组织中检出（包括饵料鱼和黄鲈），而在浮游动物和贻贝中均未发现；而其异构体则在所有生物类群中均有分布。这表明，在伊利湖中，BMAA的异构体可能比BMAA本身更为普遍和丰富。
组织分布
对成年黄鲈和玻璃梭鲈多种组织（脑、肌肉、肝脏、心脏、肾脏、鳃、性腺和鳞片）的详细分析显示，所有异构体的分布并不均匀。总体而言，肝脏、性腺和肾脏中的异构体总浓度最高，而脑和鳞片中的浓度较低。但不同异构体各有偏好：例如，AEG在肌肉组织中浓度最高。更引人深思的是物种间的差异：黄鲈脑中含有可检出的BMAA，而玻璃梭鲈脑中则没有；相反，玻璃梭鲈脑中的DAB浓度显著高于黄鲈。这种差异暗示了两种鱼类在毒素暴露途径、吸收、转运或代谢方面可能存在不同机制。
生物放大
通过稳定同位素分析，研究人员确认了采样生物的营养级顺序：浮游动物最低，其后依次是饵料鱼、成年黄鲈和成年玻璃梭鲈。当以脑组织为靶标，考察所有生物样本的毒素浓度与营养级的关系时，仅发现DAB的浓度与营养级存在微弱的正相关性。然而，当只分析鱼类数据时，这种相关性便消失了。在其他组织中也发现了一些零星的正相关或负相关，但模式并不一致。因此，这项研究仅为DAB在包含浮游动物的广谱食物网中可能存在生物放大提供了非常有限的证据，证据强度较弱。
综上所述，这项研究首次系统性地揭示了神经毒素BMAA及其异构体在伊利湖水生生物中的赋存状况。其核心结论是：在伊利湖生态系统中，BMAA的异构体（AEG、DAB、BAMA）比BMAA本身更为常见且浓度更高，因此可能对水生野生动物构成更大的风险。研究观察到的毒素组织分布和物种间差异，提出了关于生物暴露途径和毒素代谢的新问题。虽然发现了DAB浓度可能与营养级存在微弱关联的线索，但未能为这些毒素在鱼类食物网中存在明确的生物放大效应提供有力证据。这一发现具有重要的环境与健康意义：它警示我们，在评估有害藻华带来的神经毒性风险时，不能只聚焦于BMAA，必须将其异构体纳入综合监测与风险评估体系。同时，研究强调需要进一步探究这些毒素的来源、在生物体内的转运与转化规律，以及它们作为混合物时的联合毒性效应，这对于保护生态系统健康和保障渔业食品安全至关重要。
