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微塑料暴露通过氧化应激抑制蝌蚪发育，维生素C在特定浓度下可能加剧而非缓解氧化失衡，揭示抗氧化剂与微塑料的复杂互作机制。
朴俊圭|李智恩|金俊成|文承俊|裴在孝|赵成珍|杜允诺
韩国孔阜国立大学生物科学系，邮编32588
摘要
微塑料（MPs）是一种新兴的污染物，会干扰水生生物的发育、生理机能和氧化还原平衡。然而，它们对两栖动物的具体影响以及基于抗氧化剂的缓解措施的效果仍不明确。本研究探讨了在长期暴露于环境相关微塑料水平下，膳食维生素C是否能够缓解Glandirana rugosa所受的微塑料压力。蝌蚪被分别暴露于微塑料、维生素C或两者组合中，研究人员在多个发育阶段测量了它们的生长速度、存活率、皮质酮水平和抗氧化酶活性。结果表明，微塑料暴露会延缓变态过程，降低存活率，并改变氧化酶谱型，表明氧化还原状态持续受到破坏。维生素C补充剂改善了早期生长，并部分缓解了微塑料压力引起的发育迟缓，而两者结合使用则持续提升了过氧化氢酶活性，但同时导致了持续的氧化失衡，这表明其作用更倾向于促进氧化而非保护。然而，单独使用维生素C并未改变生理指标，说明其效果取决于微塑料的存在。总体而言，该研究表明抗氧化剂可能与微塑料相互作用，加剧氧化应激，从而质疑膳食抗氧化剂具有普遍保护作用的假设。这些发现强调了在现实暴露情景下评估抗氧化剂与污染物相互作用的重要性，并对两栖动物健康和环境风险评估具有重要意义。
引言
近年来塑料使用的增加导致微塑料（MPs）在各种生态系统中广泛存在，微塑料被定义为直径小于5毫米的塑料颗粒[1]。尤其是在水生环境中的表层水中，微塑料会改变水体的物理和化学性质，成为共污染物的载体，并影响水生生物的生态过程[2]、[3]。微塑料对环境构成严重威胁，因为它们的毒性会影响不同物种的生长、存活和繁殖，最终影响种群动态[2]、[3]。微塑料通过摄取、呼吸和皮肤吸收进入生物体内，通过化学途径（如塑料添加剂的释放[4]、[5]）和物理机制（与颗粒性质相关[6]）发挥毒性作用。微塑料诱导的毒性主要机制是氧化应激，表现为活性氧（ROS）生成与抗氧化防御之间的失衡[7]。最新研究表明，这种氧化应激具有广泛的下游影响，包括哺乳动物骨骼肌再生受损[8]和无脊椎动物肠道微生物群落的变化[9]。此外，环境因素（如微塑料的光老化[10]）会加剧氧化反应，且这种影响可能沿食物链传递[11]。这些发现揭示了微塑料诱导毒性的复杂性和动态性，强调了继续研究的必要性。
由于两栖动物皮肤具有通透性，且生命周期同时涉及水生和陆地环境[12]，它们可能特别容易受到微塑料的影响。与其他动物一样，微塑料会导致两栖动物出现一系列不良后果，包括氧化应激、生长抑制、死亡率增加、组织损伤和内分泌紊乱[13]、[14]。最新研究还表明，幼体发育期间的氧化毒性可能导致变态后的异常，如后肢畸形[14]。然而，针对微塑料暴露的具体抗氧化防御机制仍不十分清楚。
了解毒性影响对于评估生态风险和制定缓解策略至关重要。酶类抗氧化剂（如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）构成了核心的内源性防御系统，可清除ROS并维持氧化还原平衡[15]。但由于这些酶受到严格调控，无法通过外部补充轻易增强，因此实际应用受到限制[16]。相比之下，非酶类抗氧化剂（如维生素C和E以及多种多酚）可以外源性提供并直接中和ROS[17]。在Lithobates sylvaticus中，维生素E和β-胡萝卜素可改善免疫功能和生理状态[18]；在Lithobates catesbeianus中，膳食维生素C可促进生长和代谢效率[19]。这些发现表明，非酶类抗氧化剂可能为缓解环境诱导的氧化应激提供实际途径。
尽管取得了进展，但在微塑料压力下补充抗氧化剂的效果仍不确定。在鱼类和无脊椎动物等水生生物中的研究结果不一：一些研究显示抗氧化剂补充后ROS、脂质过氧化和炎症有所减少，而另一些研究则指出效果因物种、抗氧化剂类型和剂量、暴露时间和微塑料特性而异[20]、[21]、[22]。重要的是，目前尚无研究探讨抗氧化剂补充是否能够缓解两栖动物中的微塑料诱导的氧化应激，这留下了一个明确的研究空白。此外，在高浓度、氧化负荷升高、存在氧化还原活性金属离子或长时间暴露等特定生理条件下，非酶类抗氧化剂可能转变为促氧化剂[23]、[24]。微塑料本身也会根据聚合物类型、颗粒大小、表面化学性质和浓度产生不同的生物效应，使其综合效应难以预测。鉴于这些不确定性，在评估剂量依赖性或应用缓解策略之前，建立抗氧化剂与微塑料相互作用的基线模式至关重要。这些基础数据对氧化还原敏感的物种（如两栖动物）尤为重要，有助于确定抗氧化剂补充在微塑料暴露下是具有保护作用、效果微弱还是有害。
本研究考察了单一微塑料类型和浓度与代表性非酶类抗氧化剂的联合效应。我们评估了共同暴露是否会影响发育、生长、内分泌反应和肌肉组织中的抗氧化酶活性以及畸形的发生率。通过确定维生素C补充剂是缓解还是加剧微塑料引起的应激反应，本研究为抗氧化剂与污染物的相互作用提供了新的见解，并为未来的野生动物保护和环境健康管理提供了参考。
动物采集与饲养
2024年6月初至中期，我们在韩国孔阜市采集了成年Glandirana rugosa，并从繁殖对中获得了三个卵簇。卵被转移到干净的饲养箱中，并在受控实验室条件下饲养直至孵化。蝌蚪被饲养到Gosner阶段26（即能够自由游动的阶段），随后用于实验处理。所有程序均获得了孔阜国立大学动物伦理委员会的批准。
存活率和畸形情况
不同处理组的存活率存在显著差异（对数秩检验，χ2 = 54.1，p < 0.001；图3）。对数秩检验显示，与Con组和Vita组相比，MPs组和MPs+Vita组的存活率显著降低（Holm校正后的p < 0.05）。Con组和Vita组之间以及MPs组和MPs+Vita组之间的存活率没有差异（Holm校正后的p > 0.05）。Cox比例风险模型也表明，MPs+Vita组的死亡风险最高（HR = 10.27，95% CI = 4.05–26.04）。
维生素C对微塑料诱导的发育和生长抑制的影响
在本研究中，仅暴露于微塑料的G. rugosa达到发育阶段的时间明显晚于对照组。类似的结果在两栖动物和其他水生生物中已有报道。发育延迟被认为是由于微塑料在肠道中的积累、营养吸收受阻以及肠道微生物群落紊乱所致，这些因素都会影响能量分配和代谢平衡[27]、[28]。
结论
本研究表明，在G. rugosa中，膳食维生素C补充剂与微塑料暴露之间的相互作用可能出乎意料。在本研究的具体条件下，维生素C并未提供一致的保护作用，反而导致持续的氧化失衡，表现为过氧化氢酶活性升高。这些发现表明，抗氧化剂与污染物的相互作用强烈依赖于具体环境条件和暴露情况。
环境意义
微塑料污染对淡水生态系统和两栖动物的生存构成日益严重的威胁。本研究通过实验验证了抗氧化剂补充是否能够缓解微塑料引起的毒性，特别是氧化应激和发育异常。与预期相反，我们的研究结果表明，此类干预措施可能会无意中加剧生理损伤而非提供保护。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
资助
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）（由韩国政府（MSIT）资助，项目编号RS-2024-00349377）和韩国海洋与渔业部支持的韩国海洋科学技术促进院（KIMST）（项目编号RS-2025-02303933）的资助。
作者贡献声明
文承俊：数据可视化、研究。金俊成：研究、数据管理。李智恩：数据可视化、研究、数据分析、数据管理。朴俊圭：初稿撰写、数据可视化、资金获取、数据分析、概念构建。杜允诺：撰写、审稿与编辑、验证、监督、资源协调、项目管理、方法学研究、资金获取。赵成珍：监督、资源协调、项目管理、方法学研究。裴在孝：
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
