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全氟化合物（PFAS）尤其是PFOA对水生生态系统危害显著，本研究以淡水藻类指示种Nitzschia palea为对象，探讨Albicanol对PFOA诱导的细胞凋亡的缓解机制。实验表明PFOA通过增加ROS水平、降低线粒体膜电位并激活凋亡通路（如NpCyt-C、NpCaspase3和NpCaspase9基因表达）导致N. palea细胞死亡，而Albicanol通过增强抗氧化酶（SOD、POD）活性抑制ROS积累，改善线粒体功能并抑制凋亡相关基因表达，有效缓解PFOA毒性。该研究为天然活性物质在水体重金属污染治理中的应用提供理论依据。
Xinyue Lv|Chunhua Song|Qitong Cai|Nannan Zhang|Fengyang Sui|Xiaoxue Mei|Yawen Fan
哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，中国哈尔滨
摘要
全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）在水环境中的积累日益严重，对生态系统和人类健康构成了威胁。其中，全氟辛酸（PFOA）作为典型代表，其对水生生物的毒性尤为明显。然而，减轻PFOA毒性和管理水质的有效策略仍缺乏足够的了解。为了确定这些策略，本研究使用指示性水生生物*Nitzschia palea*来研究Albicanol在缓解PFOA对藻类生长、形态和氧化应激不利影响方面的潜力。结果表明，PFOA可导致*N. palea*细胞变形，降低细胞密度，减少叶绿素a含量，并降低线粒体膜电位。PFOA还会诱导活性氧（ROS）的积累，进而激活线粒体凋亡途径，导致细胞死亡。然而，Albicanol能够增强抗氧化酶活性，减少ROS积累，从而缓解线粒体膜电位的下降，并上调与线粒体介导的凋亡相关的基因（NpCyt-C、NpCaspase3和NpCaspase9）的表达，最终对抗PFOA在*N. palea*中诱导的凋亡。总之，Albicanol可以抑制PFOA在*N. palea*细胞中诱导的凋亡，为水环境中PFOA的管理和生态修复提供了理论基础。
引言
PFOA具有高化学稳定性和抗降解性，能够在环境中长期存在，并在土壤、水和大气中积累[1]。PFOA可通过工业废水排放进入水环境[2]。它容易被生物体吸收，并在水生生物体内积累，随后通过食物链传递和放大，最终对人类健康构成严重风险[3]。研究表明，人体血清中的PFOA浓度可达到50 ng·mL^-1[4]。PFOA的污染已经对人类和水生生物的生长、发育和繁殖产生了不利影响[5]。因此，全面了解PFOA对水生生物的毒性及其潜在机制对于科学评估其生态风险具有重要意义。
微藻通常生长在湖泊、水库和溪流等淡水环境中[6]。研究表明，PFOA可以通过抑制光合作用和抗氧化酶系统的活性来影响微藻的生长[7]。高浓度的PFOA通过降低细胞膜通透性来抑制*Chlorella vulgaris*的生长，导致ROS水平升高，引发代谢紊乱，最终促使藻细胞凋亡[8]。经过不同浓度PFOA处理后，*Scenedesmus obliquus*的总叶绿素含量下降[9]。PFOA会损害*Microcystis aeruginosa*的抗氧化系统、光合作用（包括能量传递）和修复机制[7]。PFOA还可以诱导*Chlamydomonas reinhardtii*中的脂质过氧化。ROS在正常的细胞信号传导中起着关键作用[10]；然而，过量的ROS会破坏植物细胞内的氧化还原平衡，引发氧化应激，最终导致细胞凋亡[11]。然而，关于PFOA在淡水硅藻中诱导凋亡的毒性机制的研究仍然有限。*N. palea*是一种对水环境变化高度敏感且分布广泛的淡水硅藻，是水体污染的代表性指示物种[12]。此外，*N. palea*在高光照强度和有机磷农药压力下表现出较强的耐受性[13]。研究发现，PFOA会影响*N. palea*的细胞密度、光合作用、抗氧化酶活性和氧化应激[14]。然而，PFOA对水生生物的毒性机制仍不清楚。
Albicanol（C15H26O）是*Dryopteris fragrans*中的一种倍半萜化合物[15]。它具有多种药理作用，如抗炎、抗肿瘤、保护神经系统、保护肝脏、抗菌和抗病毒[16]。Albicanol通过调节ROS/PTEN/PI3K/AKT途径来拮抗丙酚磷（profenofos）对草鱼肝细胞诱导的凋亡[17]。Albicanol还可以通过抑制iNOS的活性和与线粒体凋亡相关的基因（如Bax、CytC、Caspase-3和Caspase-9）的表达来拮抗CdCl2对鸡肝细胞的损伤[18]。传统中药中的小分子物质对细胞凋亡的影响已成为重要的研究热点。目前尚不清楚Albicanol是通过调节ROS还是线粒体途径来缓解PFOA对细胞的毒性，从而影响细胞凋亡的。因此，本研究以环境指示物种*N. palea*作为研究对象，设置了对照组（CK）、PFOA组、Albicanol组以及PFOA + Albicanol组。本研究旨在从生理学、生物化学、形态学、细胞生物学和分子生物学角度全面分析从*Dryopteris fragrans*中提取的Albicanol如何对抗PFOA在淡水硅藻*N. palea*中诱导的凋亡。通过阐明Albicanol对*N. palea*中PFOA毒性的调节作用，本研究为天然活性物质在控制水环境污染方面的应用价值提供了理论基础。
实验部分
实验用的*N. palea*物种及培养条件
N. palea*从松花江哈尔滨段采集，由哈尔滨师范大学水生生物学重点实验室分离并培养[19]。*N. palea*在WC培养基（补充表1）中培养以进行纯化和生长。培养温度为25°C，光照-黑暗周期为12小时：12小时，光照强度为4000 lx。为防止*N. palea*附着在烧瓶壁上，每天搅拌培养物5次[20]。
确定Albicanol拮抗PFOA诱导的*N. palea*毒性的最佳剂量
通过细胞密度方法评估PFOA和Albicanol对*N. palea*细胞存活率的影响，以确定后续实验的安全浓度。结果显示，在低浓度（5、10、20和40 mg·L^-1）下PFOA促进了*N. palea*的生长，而在高浓度（80、160和320 mg·L^-1）下则抑制了其生长。曲线拟合分析确定PFOA对*N. palea*的96 h-EC50值为93.11 mg·L^-1。
讨论
PFAS对水环境的污染日益严重，其中PFOA是水环境中重要的污染物[31]。松花江流域的水体中PFOA的浓度普遍达到32.7 ng·L^-1[32]；长江流域的水体中PFOA的浓度范围为1.16 ng·L^-1至49.87 ng·L^-1[33]，该地区氟化物工业较为发达。太湖水样中的PFOA浓度平均为
结论
总之，在PFOA胁迫下，*N. palea*细胞中的抗氧化酶（SOD和POD）活性下降。这伴随着ROS的积累和线粒体膜电位的降低，最终导致细胞凋亡。Albicanol通过增强细胞内抗氧化酶（SOD和POD）的活性来抑制PFOA诱导的*N. palea*凋亡，从而抑制ROS的产生并下调与线粒体相关的关键基因的表达
CRediT作者贡献声明
Xinyue Lv：撰写——初稿、可视化、方法学、研究、概念化。
Chunhua Song：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、方法学、研究、资金获取、概念化。
Qitong Cai：验证、数据管理。
Nannan Zhang：验证、数据管理。
Fengyang Sui：验证、数据管理。
Xiaoxue Mei：验证、数据管理。
Yawen Fan：撰写——审阅与编辑、验证、方法学、资金获取。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32370215）的支持；得到了哈尔滨师范大学“攀登计划”（XKB202407）的支持；以及哈尔滨师范大学研究生创新项目（HSDBSCX2024-08）的支持。我们感谢中国东北农业大学（哈尔滨）植物资源与分子生物学实验室提供Albicanol（C15H26O）。
