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消毒副产物DCHB通过ER应激途径诱导斑马鱼神经发育毒性，影响胚胎存活、脑发育及成鱼行为，Azoramide可部分缓解毒性。
Ji Zhang|Yujie Guo|Jingrong Tang|Wenhui Zhi|Zhonghao Xiao|Qinyuan Shen|Huimin Li|Xue Ma|Xiaowen Shi|Juhua Xiao|Shouhua Zhang|Zigang Cao
江苏大学医学院，中国镇江212013
摘要
饮用水消毒对公共卫生安全至关重要。然而，氯化过程会产生大量的DBPs（消毒副产物），这些物质可能对人类健康构成重大风险。3,5-二溴-4-羟基苯甲醛（DCHB）已被证明可以降低神经母细胞瘤细胞的存活率，但其神经毒性尚未得到进一步研究。本研究首次使用斑马鱼模型全面评估了DCHB引起的神经发育毒性，系统地描述了其神经发育毒性。DCHB在斑马鱼早期发育阶段导致大脑发育异常，并影响了幼鱼的运动行为。进一步的研究表明，DCHB能显著抑制斑马鱼的神经发育，引起脑血管形态紊乱，并导致小胶质细胞数量减少及细胞形态异常。转录组测序结合qPCR验证表明，DCHB可能通过内质网（ER）应激介导的凋亡途径引发神经发育损伤。使用ER应激抑制剂Azoramide进行的后续实验部分恢复了DCHB引起的神经发育损伤。进一步的研究表明，长期暴露于2 μg/L的DCHB会导致成年斑马鱼的行为障碍。本研究评估了DCHB神经发育毒性的分子机制，为未来研究DBPs的潜在健康风险以及相关监管决策提供了重要见解。
引言
水消毒通过消除饮用水中的有害微生物和污染物来保护公共卫生。考虑到效果和成本效益，大多数水处理厂通常采用氯化作为主要消毒方法。然而，大量研究表明，消毒剂与水中的残留有机物反应会产生大量DBPs，包括三卤甲烷（THMs）、卤代乙腈（HANs）、亚硝胺和三卤酚等[1]、[2]、[3]。游泳池中的DBP生成率更高。例如，先前的研究表明，在同一季节，室外游泳池中的DBP水平是室内游泳池的两倍多（THM：97.9 μg/L vs 67.7 μg/L；HAA：807.6 μg/L vs 412.9 μg/L）[4]，这意味着室外游泳者面临更高的DBP暴露风险。流行病学证据表明，长期暴露于DBPs会对人类健康产生不良影响，包括代谢紊乱、生殖毒性及癌症风险增加[2]、[5]、[6]、[7]。
传统的消毒副产物包括三卤甲烷（THMs）、二氯乙酸（DCAA）和卤代乙腈（HANs），其中THMs尤其表现出广泛的毒性，包括精子质量下降、甲状腺功能障碍和高血压[8]、[9]、[10]。近年来，在水系统中还发现了新的消毒副产物，如2,4,6-三溴苯酚（TBP）、卤代脂肪酸酰胺（HFAs）和2-溴乙酰胺（BAA）[11]、[12]。初步证据表明，这些新出现的副产物也可能对人类健康构成威胁。
在饮用前煮沸自来水是许多东亚国家的常见家庭做法。研究表明，煮沸可以有效去除DBPs，使自来水中的卤代DBP水平降低62.3%。因此，这一做法显著减少了人们通过饮用水摄入DBPs的风险。然而，研究显示DCHB在煮沸过程中不易挥发和热降解，其浓度反而会随着煮沸时间的延长而增加[13]。因此，有必要对DCHB的潜在健康危害和毒理学影响进行系统研究和监管。
3,5-二溴-4-羟基苯甲醛（DCHB）是一种新兴的消毒副产物，在中国东部的自来水样本中检测到的浓度高达43.2 ng/L（0.154 nM）[14]。在沿海城市的咸水中，DCHB浓度达到1.76 μg/L[15]。研究表明，DCHB具有细胞毒性、代谢毒性和发育毒性[16]、[17]、[18]、[19]。DCHB已被证明会损害海洋多毛类动物Platynereis dumerilii的发育，该动物是生态毒理学研究的模式生物[19]。
斑马鱼是一种小型热带淡水鱼，原产于印度次大陆，栖息于溪流、池塘、沼泽和稻田中。作为模式生物，斑马鱼相比传统动物模型具有多个优势，如体型小、繁殖能力强、发育迅速、全年均可产卵以及外部受精。其透明胚胎和明确的发育阶段显著增强了脊椎动物毒理学评估的能力，为阐明毒性机制提供了新的途径[20]。此外，斑马鱼基因组与人类基因组高度同源，因此在科学领域越来越受欢迎。目前，斑马鱼模型已广泛应用于环境科学、制药和食品工业，尤其是在生态毒理学领域[21]、[22]。
实验方法
化学物质
3,5-二溴-4-羟基苯甲醛粉末（CAS编号：2973-77-5）购自上海Maclin生化科技有限公司。Trizol试剂（CAS编号：9109）和逆转录试剂盒（CAS编号：6100 A）购自Takara（中国大连）。TransStart Green qPCR SuperMix（AQ14102）购自Transgen Biotech。用于测量酶活性或其他生物指标的试剂盒包括T-SOD（CAS编号A001-1）、CAT（CAS编号A007-1-1）、MDA（CAS编号DCHB对斑马鱼胚胎发育的影响
为了研究DCHB的发育毒性，我们将胚胎暴露于不同浓度的DCHB中，分别为0、5、10、15、30和50 mg/L，持续6小时。结果显示浓度依赖性致死性：30 mg/L在72小时时开始影响胚胎存活率，40 mg/L导致显著死亡，50 mg/L则在72小时时导致胚胎完全死亡（图1A）。暴露于DCHB的胚胎在72小时时出现发育畸形，并伴有脑区的明显空泡化（图1
讨论
水质安全是重要的公共卫生问题。目前，全球普遍采用氯化消毒技术来确保饮用水的微生物安全。自20世纪初以来，该技术成功控制了霍乱和伤寒等水传播疾病的传播[3]。然而，1974年Rook首次报告了氯化过程中可能产生致癌的THMs，这标志着一个新时代的开始
结论
总之，本研究表明DCHB会导致斑马鱼的发育、行为和神经发育异常。观察到的损伤主要通过ER应激介导的凋亡途径产生。这些发现证实了DCHB是一种强效的神经发育毒物，并强调了评估消毒副产物毒性及其潜在生态和健康风险的重要性。
作者贡献声明
Zhonghao Xiao：方法学设计、实验实施。Wenhui Zhi：实验监督、资源提供。Shouhua Zhang：项目管理、实验监督。Xiaowen Shi：项目管理、实验实施。Huimin Li：项目管理、实验实施。Jingrong Tang：实验实施、资金筹集。Qinyuan Shen：实验实施。Zigang Cao：写作、审稿与编辑、资金筹集。Ji Zhang：方法学设计、数据管理、概念构思。Yujie Guo：数据分析。Juhua Xiao：资源协调，
资助
本研究得到了国家自然科学基金（32370896、82260307）、江西省杰出青年学者自然科学基金项目（20224ACB215001）、江西省“双千计划”项目（jxsq2023201122）和江西省青年人才重大学术技术领导力培养计划（20204BCJL23043）、江西省儿童发展重点实验室项目（项目编号：2024SSY06191）以及江西省科学技术基金的支持
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
