《Journal of Hazardous Materials》：Deciphering the molecular pathways underlying di(2-ethylhexyl) phthalate degradation and metabolic adaptation in
Alexandrium pacificum
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微藻Alexandrium pacificum在环境浓度（≤200 μg/L）下72小时完全降解DEHP，抑制毒素合成（C1、C2、GTX5分别降低98.7%、99.6%、98.2%），转录组分析揭示主动代谢及基因调控机制。
黄宏佳|黄丹|邱江兵|李思英|韩青|程彩琴|张浩云|王宗迪|黄一桐|邹立功|莫彩辉|李红叶|杨卫东|冯乃贤|李大伟
中国广州510632，济南大学生命科学技术学院，广东省高等学校富营养化与赤潮防治重点实验室
摘要
邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）是一种广泛使用的增塑剂，在海洋环境中经常被检测到，这引发了重大的生态问题。通过海洋微藻对DEHP的生物降解是一种环保的污染控制策略。本研究考察了甲藻Alexandrium pacificum在DEHP胁迫下的生理和分子反应，并评估了其降解DEHP的能力。暴露于DEHP后，A. pacificum表现出较高的DEHP降解能力，在环境相关浓度（≤200 μg/L）下72小时内实现了完全去除（低于检测限），且对生长或光合作用没有可检测到的不良影响。DEHP的降解中间产物包括β-氧化、水解、脱酯和芳香环断裂。值得注意的是，DEHP暴露显著抑制了A. pacificum中麻痹性贝类毒素（PST）的生物合成，C1、C2和GTX5的浓度分别降低了98.7%、99.6%和98.2%。转录组分析表明，参与DEHP降解的基因（如fadB、hppD、xylG和lysA）上调，而PST生物合成基因（SxtD、SxtL、SxtU）下调，这表明A. pacificum在主动代谢DEHP的同时抑制了毒素的产生。总体而言，本研究为海洋微藻降解DEHP提供了全面的分子机制见解，并强调了它们有效去除PAE的能力，有助于维护生态健康和全球海产品安全。
引言
邻苯二甲酸酯（PAEs），通常称为邻苯二甲酸盐，在农业、工业和消费应用中广泛用作增塑剂[1]、[2]。这些化合物的大规模生产和广泛应用导致了持续的环境释放[3]，因此被公认为全球范围内值得关注的污染物。在这些PAEs中，邻苯二甲酸二丁基酯（DBP）和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）已被欧盟和美国环境保护署（EPA）列为优先污染物[4]。增塑剂的广泛使用通过多种途径（尤其是大气沉降和陆地径流）促进了PAE进入海洋生态系统[5]。多项研究记录了它们在沿海水域中的普遍存在[6]、[7]。在中国沿海海洋系统中，海水中PAE的浓度通常在ng/L到μg/L之间，而在海洋生物体内的浓度可达到ng/g（干重）[7]。这些观察结果突显了PAEs的显著生物累积潜力，并表明它们可能通过海洋食物网进行营养级转移，从而对海洋生态系统的完整性和公共健康构成严重威胁。
DEHP是水生环境中检测到的最普遍的增塑剂之一[8]，这主要是由于其强烈的亲脂性和从广泛应用中的持续释放[9]。该化合物在多种地理区域的海水和海洋沉积物中都有大量记录。在中国沿海水域，DEHP污染尤为严重，在黄海、渤海和东海频繁检测到其存在[10]。其他沿海地区也记录到了较高的DEHP浓度；例如，突尼斯马赫迪亚的沿海水域检测到的DEHP浓度高达168 μg/L[11]。类似的污染模式也在泰国湾[12]、地中海沿岸地区[13]、日本海[14]、波斯湾[15]以及热带西太平洋的偏远地区[16]被报道，这突显了该化合物的全球分布和长距离传输潜力。DEHP通过干扰内分泌功能、破坏DNA转录过程和改变海洋生物的能量代谢，对生态系统造成重大风险，可能导致生殖障碍、生长抑制和免疫系统抑制[6]、[17]、[18]。此外，其较高的辛醇-水（Kow）和辛醇-空气（Koa）分配系数促进了其在富含脂质的组织中的生物累积，并通过水生食物网进行营养级转移[17]，引发了关于更广泛生态和人类健康影响的重大担忧。鉴于这些潜在的生态威胁，迫切需要更好地了解DEHP的生态风险并开发可持续的修复方法。
生物降解是去除水生环境中PAEs最有效和最快的机制之一[19]、[20]，通常包括生物吸附过程（包括表面吸附和细胞摄取）、生物转化和酶促降解[21]。然而，研究主要集中在分离能够降解PAE的细菌菌株上，而涉及微藻的研究相对较少。迄今为止，现有研究主要集中在较窄范围的微藻类群上，其中绿藻（Chlorophyta）和硅藻（Bacillariophyta）受到了最多关注[19]。值得注意的是，大多数现有研究使用的是人为提高的PAE浓度，这可能无法准确反映现实世界中的情况，因为在实际环境中PAE通常以微量存在。在如此低的浓度条件下，生物可利用性降低可能会抑制微生物代谢，从而降低降解效率。因此，识别和评估能够在环境现实、低浓度条件下适应并有效降解PAE的微藻物种至关重要。
甲藻是沿海海洋生态系统的重要组成部分，对初级生产和营养循环过程有显著贡献，并且在去除污染物方面具有巨大潜力[22]、[23]。在这些生物中，Alexandrium pacificum是一种重要的产毒物种，能合成麻痹性贝类毒素（PSTs），并且经常与有害藻华（HAB）事件相关[24]。这些毒素可以通过海洋食物网积累[25]，导致海产品污染并引发严重的公共健康风险。全球每年报告超过2000例与PST相关的贝类中毒事件[26]，其中一些事件导致了死亡[27]。A. pacificum常见于工业区和城市化地区的沿海水域，这些地方的邻苯二甲酸盐污染通常非常严重。尽管已知PAEs会干扰各种水生生物的代谢过程[28]，但它们对甲藻种群的具体影响仍不甚清楚。
在本研究中，A. pacificum暴露于不同浓度的DEHP下，以系统评估甲藻对邻苯二甲酸盐胁迫的生理和分子反应。测量指标包括细胞密度、光合性能、氧化应激标志物和PST的产生水平。同时，在整个暴露期间监测DEHP浓度，以评估A. pacificum从水环境中去除邻苯二甲酸盐的潜力。使用HPLC-TOF-MS/MS鉴定DEHP的降解中间产物，以研究潜在的降解途径。此外，还进行了转录组分析，以阐明这些观察到的变化的分子机制。总体而言，这些发现增强了我们对有毒甲藻在邻苯二甲酸盐胁迫下的环境适应性和代谢调节的理解，为基于微藻的PAE污染海洋生态系统的生物修复提供了新的见解，并保障了全球海产品安全。
材料与试剂
分析标准品包括邻苯二甲酸二丁基酯（DBP）、邻苯二甲酸二甲酯（DMP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）、邻苯二甲酸单甲基酯（MEP）、邻苯二甲酸单丁基酯（MBP）、邻苯二甲酸单(2-乙基己基)酯（MEHP）、邻苯二甲酸单己基酯（MHP）、邻苯二甲酸（PA）、原儿茶酸（PCA）和苯甲酸，均由Aladdin Chemistry Co., Ltd.（中国上海）提供。所有化合物的纯度均不低于98%，由制造商认证。
A. pacificum的培养和实验设计
甲藻A. pacificum
DEHP污染与A. pacificum分布的空间共现：生物修复潜力的生态基础
为了评估A. pacificum在DEHP生物修复中的生态相关性，通过汇编30项已发表的研究（表S1和S2）中报告的DEHP浓度和A. pacificum爆发的独立记录，进行了地理空间分析（图1）。全球采样分析显示A. pacificum的分布与DEHP污染热点之间存在显著的空间重叠（图1）。在东海[34]、日本沿海水域[14]和韩国沿海地区
结论
增塑剂污染和产毒的A. pacificum对海洋生态系统构成了严重威胁。在本研究中，A. pacificum对DEHP表现出高耐受性，在主动代谢该化合物的同时保持了稳定的生长和光合效率。代谢物分析表明，DEHP通过酯水解和β-氧化转化为PA和其他下游中间产物。转录组分析进一步表明，DEHP的吸收可能通过内吞作用促进
环境意义
本研究表明，有害藻华物种Alexandrium pacificum不仅能够耐受DEHP，还能主动代谢这种在海洋生态系统中广泛存在的增塑剂。在环境相关浓度下，A. pacificum在72小时内实现了DEHP的完全去除，且未影响生长或光合作用。值得注意的是，DEHP暴露显著抑制了麻痹性贝类毒素的产生，显示出双重生态效应：PAEs的解毒和毒素风险的降低
CRediT作者贡献声明
杨卫东：写作 – 审稿与编辑，正式分析。冯乃贤：写作 – 审稿与编辑，监督，项目管理。邱江兵：正式分析，数据管理。李大伟：写作 – 审稿与编辑，初稿撰写，可视化，方法学，正式分析，概念化。李思英：研究，数据管理。黄一桐：写作 – 审稿与编辑。莫彩辉：写作 – 审稿与编辑。李红叶：
致谢
DWL感谢中国自然科学基金（32100080）、广东省自然科学基金（2019A1515110390, 2021A1515011486）和中央高校基本科研业务费（21620337）的财政支持。HYL感谢中国自然科学基金（31870027, 51908244）提供的研究资金。
作者声明没有需要披露的利益冲突。
