四溴双酚A（Tetrabromobisphenol A，BPA）的暴露会损害机体的抗氧化防御机制，并导致线粒体超微结构损伤，从而加剧鲤鱼（Cyprinus carpio）肝细胞的凋亡

《Aquatic Toxicology》：Tetrabromobisphenol A exposure compromises antioxidant defense and mitochondrial ultrastructural damage, exacerbating hepatocellular apoptosis in Cyprinus carpio

本研究以常见鲤为模型，探讨不同浓度TBBPA（0-0.5 mg/L）的14天暴露对肝细胞超微结构、氧化应激、钙稳态及凋亡的影响。结果显示，0.005 mg/L TBBPA即可引发肝细胞线粒体和内质网肿胀，高浓度组出现氧化应激、钙超载及凋亡增加，证实环境浓度下TBBPA具有肝毒性，并揭示其作用机制。

　　

李一敏|高小龙|张春楠|孟子豪|尤梦康

中国河南省洛阳市河南科技大学

摘要

四溴双酚A（TBBPA）作为一种阻燃剂，广泛用于电子产品和塑料中，已在包括水生环境和沉积物在内的多种环境介质中被检测到。本研究选用了常见的鲤鱼（Cyprinus carpio）作为模式生物，以评估不同浓度TBBPA的肝毒性。通过组织学和分子生化参数分析，研究了TBBPA对鱼肝的毒性作用。实验中，鱼被暴露于0、0.005、0.05和0.5 mg/L的TBBPA环境中，持续14天。结果表明，TBBPA暴露会导致鱼肝组织出现多种病理变化，包括超微结构损伤、氧化应激、钙平衡失调和细胞凋亡。组织病理学分析显示，0.005 mg/L的TBBPA暴露会引起线粒体和内质网肿胀；生化分析表明TBBPA会破坏肝脏的氧化还原平衡，进而引发脂质过氧化。此外，TBBPA暴露还会导致肝脏钙负荷增加，表现为Ca²⁺-ATP酶活性下降和细胞内Ca²⁺浓度升高。TUNEL检测和qRT-PCR结果显示，TBBPA暴露会诱导细胞凋亡，且这种效应与浓度呈正相关。本研究揭示了环境相关浓度TBBPA的肝毒性作用，并阐明了其潜在的毒性机制。

引言

阻燃剂（FRs）由于其防火性能，在人类生活中无处不在（Pivnenko等，2017年）。这些化合物被应用于各种商业产品中，如电子设备、塑料和纺织品（Qin等，2024年）。四溴双酚A（TBBPA）是消费产品中最常用的阻燃剂（Qin等，2024年；Dong等，2021年）。TBBPA可通过吸入、摄入等方式进入生物体内。它具有亲脂性、热稳定性，在环境中具有持久性，并可通过食物链在生物体内积累（Copeto等，2024年；Sunday等，2022年）。

TBBPA的广泛使用导致其不可避免地释放到环境中，并在多种介质中被检测到（土壤、水系统和沉积物）。例如，在中国巢湖中记录到的最大水溶性浓度为0.487 μg/L，而沉积物中的峰值浓度达到518 μg/kg（Yang等，2012年）。在中国南方清远县的一个池塘中，测得泥鳅（Cirrhinus molitorella）和北方蛇头鱼（Channa argus）的全身平均TBBPA浓度分别为837 pg/g和384 pg/g（Tang等，2015年）。另一项研究显示，TBBPA存在于鱼的多个器官中，肾脏中的浓度为75.2 ng/g至126.4 ng/g，肝脏中的浓度为16.0 ng/g至37.5 ng/g（Yang等，2012年）。在欧洲水生生态系统和水产食品中也检测到了TBBPA，英国九个湖泊样本中的浓度范围为140–3200 pg/L，爱尔兰鲑鱼（Salmo salar）中的浓度从不可检测到（ND）到0.01 μg/kg不等（Covaci等，2009年；Garcia等，2018年）。国际癌症研究机构（IARC）将TBBPA归类为2A组致癌物。已有研究表明TBBPA会对生物体产生多系统毒性（Pittinger和Pecquet，2018年；Copeto等，2024年）。例如，斑马鱼胚胎在暴露于TBBPA后会出现氧化应激和细胞凋亡（Wu等，2016年）。另一项研究显示，人类肝细胞（HepG2）在TBBPA暴露后磷酸腺苷活化激酶的表达增加，从而促进细胞增殖。此外，TBBPA还被发现能激活Ras信号通路并影响脂质和维生素代谢（Lu等，2021年）。在针对Pelophylax nigromaculatus的研究中，TBBPA暴露可诱导肝脏自噬（Han等，2023a）。

双酚A（BPA）诱导的毒性机制通常涉及线粒体功能障碍（Xu等，2024b）。类似的双酚类化合物也表现出类似的毒性效应（Xu等，2024b）。作为BPA的类似物，TBBPA被认为也会引起类似的毒性作用。线粒体是细胞中的重要细胞器，在生物能量代谢中起关键作用（Nguyen等，2023年）。生物体暴露于环境污染物时通常会经历氧化应激（Yu等，2023年；Yadav等，2024年）。氧化应激可导致线粒体损伤（Lee等，2021年），并通过多种机制（如JNK/p53信号通路（Cho等，2020年）和PI3K/Akt信号通路（Lee等，2020年）触发线粒体凋亡途径。除了氧化应激外，维持钙平衡对线粒体功能至关重要；钙负荷过重会提高线粒体活性氧（ROS）水平并导致线粒体膜电位去极化（Tanwar等，2021年）。研究表明，ROS和钙离子（Ca²⁺）都是线粒体凋亡的上游效应因子（Burke，2017年）。过量的ROS和Ca²⁺会提高线粒体通透性，促进细胞色素c（Cyt-c）的释放（Rottenberg和Hoek，2017年）。氧化还原状态和钙平衡对线粒体功能至关重要，因此对生物体的健康和生存至关重要。因此，研究不同浓度TBBPA对生物系统中钙平衡和氧化还原状态的影响是必要的。

鉴于TBBPA在水生生态系统和鱼类中的普遍存在，本研究选择鲤鱼（Cyprinus carpio）作为模式生物。鲤鱼分布于亚洲和欧洲，是一种具有商业价值的养殖鱼类；其对异生物质的高度敏感性使其成为生态毒理学研究中常用的生物指示物种（Horvath等，2023年；Saad等，2022年）。肝脏在维持鱼类健康和代谢中起重要作用（Cheng等，2022年）。此外，肝脏是环境中污染物作用的主要靶器官（Li等，2021年；Topic Popovic等，2023年）。然而，以往的研究主要集中在TBBPA对鱼类的神经毒性和内分泌毒性上，对其肝毒性的机制研究较少（Gu等，2019年；Czarny-Krzymińska等，2023年）。我们之前的研究表明，TBBPA暴露会导致鲤鱼肝脏脂质代谢紊乱和肠道微生物群失调。因此，本研究旨在进一步探讨不同浓度TBBPA对鱼肝的肝毒性作用，并阐明其潜在机制，为评估该污染物的健康风险提供科学依据。此外，本研究丰富了关于TBBPA诱导鱼类肝毒性的数据库，为未来的研究提供了方向。

实验伦理批准

本实验遵循了“中华人民共和国实验室动物福利伦理审查指南（GB/T 35892-2018）”。得到了河南科技大学的动物护理委员会的批准。

实验动物

从中国郑州的一家商业渔场获得了300条体长5.2 ± 0.63 cm、体重7.3 ± 0.38 g的幼年鲤鱼。所有鱼暂时被饲养在多个容器中（尺寸为30 cm × 12 cm × 50 cm）

TBBPA对肝细胞超微结构的影响

经过14天的TBBPA暴露后，使用透射电子显微镜观察了肝细胞的超微结构。对照组中，细胞核形态正常（图1a），细胞器完整。内质网（ER）和线粒体保存良好；线粒体嵴清晰可见（图1e）。相比之下，TBBPA暴露组的细胞核和细胞器出现了不同程度的变化。

讨论

多项研究表明，TBBPA对生物体健康构成潜在风险。先前的研究已经证明TBBPA能诱导神经干细胞凋亡（Cho等，2020年）。本研究发现，环境相关浓度（4.87 μg/L）的TBBPA会导致水生生物的肝细胞损伤，表现为线粒体和内质网（ER）肿胀。此外，TBBPA暴露还会破坏...

结论

本研究表明，TBBPA以浓度依赖的方式诱导鱼类肝毒性，表现为内质网和线粒体损伤、氧化应激、钙平衡失调以及细胞凋亡反应。低剂量TBBPA（0.005 mg/L）暴露后观察到的内质网和线粒体损伤表明，环境浓度0.00487 mg/L可能对水生生物造成肝损伤。本研究进一步证实了...

未引用的参考文献

Hong等，2023年；Liu等，2016年；Yu等，2023年；Zhang等，2023a

资助

本工作得到了河南省科技研究项目（项目编号242102110049）和河南省自然科学基金（项目编号252300421415）的支持。

CRediT作者贡献声明

李一敏：数据整理、验证、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。高小龙：概念构思、监督、验证、初稿撰写、审稿与编辑。张春楠：概念构思、正式分析、方法学设计、验证、审稿与编辑。孟子豪：数据整理、验证、可视化。尤梦康：数据整理、监督、验证。