《General and Comparative Endocrinology》:Endocrine and immune pathways under pressure: teleost responses to a changing environment
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环境变化对鱼类GH-IGF轴及免疫基因的影响及其与EDCs的交互作用,讨论温度、盐度变化及污染物对繁殖、生长、代谢和健康的影响,最后结合One Health理念总结。
埃莉莎白·埃普勒(Elisabeth Eppler)|亚历山德罗·比莱拉(Alessandro Bilella)|卡尔·林克(Karl Link)|海伦娜·德科塔(Helena D’Cotta)|让-弗朗索瓦·巴罗伊耶(Jean-Fran?ois Baroiller)
教学形态学研究小组,伯尔尼大学解剖学研究所,Baltzerstrasse 2号,CH-3012 伯尔尼,瑞士
摘要
这篇简短综述探讨了环境扰动如何影响鱼类的发育和生殖生理。文章重点关注激素与生长因子(特别是生长激素(GH)-胰岛素样生长因子(IGF)轴)之间的相互作用,以及参与硬骨鱼类繁殖、生长、代谢和健康调节的特定细胞因子。文章重点分析了水温变化和盐度变化对鱼类繁殖和生长的影响,以及这些因素如何影响GH-IGF系统和免疫基因在环境适应过程中的变化。此外,还讨论了包括内分泌干扰物(EDCs)在内的化学污染物与GH/IGF-免疫轴之间的机制联系。最后,我们探讨了EDCs与物理和自然压力因素(如病原体)的协同效应,以及通过膳食添加剂优化鱼类健康的最新尝试。这篇综述以对“同一健康”(One Health)概念的讨论作为结尾。
引言
在第31届安科纳比较内分泌学会议上,举办了一场关于“人为环境变化对内分泌系统影响”的Leopoldina研讨会。暴露于内分泌干扰物(EDCs)已被视为一种全球性的环境风险,世界卫生组织(WHO)和内分泌学会等机构认为这对公共健康构成了紧迫威胁(WHO/UNEP,2002;Gore等人,2015;Zoeller等人,2019)。根据WHO的定义,EDCs是“能够改变内分泌系统一个或多个功能,从而对完整生物体或其后代或亚种群造成不良健康影响的物质”(WHO/UNEP,2002)。EDCs可以与激素受体结合,导致生殖和生长方面的异常(Celino-Brady等人,2021;Sheridan和Hanson,2026)。EDCs的范围很广,包括杀虫剂、烷基酚类、药物、工业溶剂/润滑剂等,现在还包括渗入水中并被鱼类吸收的微塑料(Mathieu-Denoncourt等人,2015;Rummel等人,2016;Celino-Brady等人,2021)。最近,EDCs的定义已被扩展,涵盖了其他环境因素,如水温变化和夜间光照条件(Kloas等人,2024)。例如,由于气候变化导致的水温和盐度变化,淡水生态系统的扰动变得越来越普遍。盐度变化可能由过度降雨(降低盐度)或严重干旱(增加盐度)引起。这些生理和代谢紊乱可能直接影响动物健康和繁殖,而EDCs与物理和自然压力因素的协同效应会进一步加剧这些问题,同时也会影响后代的资源供应(参见Marlatt等人,2022;Eppler等人,2026)。
在这篇简短综述中,我们列举了由人类活动引起的环境变化实例,并强调了环境污染对某些生理过程的影响,同时参考了先前的研究和更全面的综述。特别关注了水温升高和EDCs对鱼类性腺分化及繁殖的影响,以及生长激素(GH)及其主要生理介质胰岛素样生长因子(IGF1)在调节硬骨鱼类大脑-垂体及腺体水平上的发育、生长、繁殖和代谢中的作用。此外,还探讨了EDCs对不同盐度下鱼类生长和代谢的影响,以及旨在优化鱼类健康的膳食策略,特别是对抗EDCs的策略。最后,我们在“同一健康”概念的框架下讨论了这些问题。
部分摘录
水温升高和EDCs对性腺分化及繁殖的影响
鱼类是变温动物,因此对水温变化极为敏感,因为它们的体温仅比周围环境高1-2°C。温度升高或热浪会显著影响鱼类的繁殖,一方面是因为鱼卵比幼鱼或成鱼更不耐高温,另一方面是因为繁殖发生在狭窄的温度范围内(Lema等人,2024)。EDCs对GH/IGF系统的影响
已有研究表明,EDCs也会影响生长,例如尼罗罗非鱼在发育过程中暴露于EE2时就会出现这种情况(Shved等人,2007)。在哺乳动物和硬骨鱼类中,生长通常通过GH/IGF1轴进行调节,EDCs具有刺激作用(Sheridan,2021;Canosa和Bertucci,2023;Khan等人,2025b;Eppler等人,2026;Sheridan和Hanson,2026)。具体而言,IGF1在调节生长、分化和繁殖过程中起关键作用,通过选择性促进细胞增殖来实现。生长轴、代谢与环境相互作用
最近,研究人员在中国海鲈(Lateolabrax maculatus)中研究了参与摄食、代谢和生长的下丘脑-垂体-生长轴(HPS)相关基因,如生长抑素(ssts)、igf1r和igfbps。这种经济上重要的海洋鱼类具有很强的适应性,能适应广泛的温度和盐度范围。在不同环境条件下(如温度变化),这些基因在大脑、肝脏和肌肉组织中的表达相似。腺垂体激素与不同盐度适应中的免疫基因
鱼类的饲养或生活史也会影响其渗透调节能力(Seale和Breves,2022)。暴露于海水中或高温可能会降低幼鱼的存活率和海水适应能力(Giroux和Schlenk,2021)。研究表明,EDCs会通过抑制GH-IGF轴的多个层面来损害广盐性鱼类的盐度适应能力,包括降低GH受体(ghr)的表达。类固醇激素(包括EDCs)与GH/IGF系统的相互作用以及改善鱼类健康和水产养殖的现代尝试
出于监管目的,EDCs被分为雌激素样、雄激素样、甲状腺样和类固醇生成(EATS)三类,但这种分类仅适用于可以通过验证测试评估的内分泌系统。此外,非EATS类型的因素甚至天然来源(如植物分解产物或寄生虫感染)也可能影响脊椎动物的内分泌系统。地表水是EDCs的主要汇集地,对水生脊椎动物,尤其是硬骨鱼类构成重大风险。总结与结论
在这篇综述中,我们强调了多种模式硬骨鱼类中细胞因子、生长因子和激素之间的复杂相互作用,特别关注了发育和环境因素(如温度升高、盐度变化和周围水中的污染物,尤其是EDCs)对生长、代谢和免疫健康的影响。GH-IGF1轴与免疫系统之间的相互作用已被广泛认可,尤其是在抗炎方面的作用。
未引用参考文献
Simier等人,2004;Wang和Bhandari,2020。作者贡献声明
埃莉莎白·埃普勒(Elisabeth Eppler):撰写初稿、监督、资源协调、项目管理和概念构建。亚历山德罗·比莱拉(Alessandro Bilella):撰写初稿、可视化处理和概念构建。卡尔·林克(Karl Link):撰写初稿、方法论制定和概念构建。海伦娜·德科塔(Helena D’Cotta):撰写初稿、监督和概念构建。让-弗朗索瓦·巴罗伊耶(Jean-Fran?ois Baroiller):撰写初稿、监督和概念构建。致谢
作者衷心感谢所有为这篇综述提供基础数据的研究人员。特别感谢意大利安科纳马尔凯理工大学(Università Politecnica delle Marche)的奥利安娜·卡内瓦利(Oliana Carnevali),她主持了第31届比较内分泌学家会议;同时感谢德国杜塞尔多夫海因里希·海涅大学(Heinrich Heine-University Düsseldorf)的斯文雅·卡斯珀斯(Svenja Caspers)和霍斯特-维尔纳·科尔夫(Horst-Werner Korf),他们组织了关于“人为环境变化对内分泌系统影响”的Leopoldina研讨会,促进了科学家们的交流。