《Toxicology and Applied Pharmacology》：A comparative study on the developmental toxicity of three dihydroxynaphthalene positional isomers in zebrafish embryos
编辑推荐：
DHN异构体发育毒性研究显示，2,3-DHN在斑马鱼胚胎中引发最严重神经血管异常，包括颅脑出血、造血干细胞损伤及氧化应激增强，其毒性机制与羟基取代位置相关联的活性氧累积及抗氧化防御破坏有关。
李子健|徐可|王翔|支文辉|付笛|周喜英|胡伟涛|肖中华|曹子刚|李慧敏|史晓文
江西斑马鱼建模与人类疾病药物筛选工程实验室，江西省生物入侵与生物安全重点实验室，江西省器官发育生物学与表观遗传学重点实验室，生命科学学院，井冈山大学附属医院临床研究中心，中国吉安343009
摘要
二羟基萘（DHNs）在燃烧产生的污染中广泛存在。然而，其异构体特异性的发育毒性仍知之甚少。在本研究中，我们使用斑马鱼胚胎作为脊椎动物模型，系统比较了三种DHN异构体——1,5-二羟基萘（1,5-DHN）、2,3-二羟基萘（2,3-DHN）和2,7-二羟基萘（2,7-DHN）的发育毒性。暴露于DHNs会导致不同的、依赖于异构体的发育异常，其中2,3-DHN的影响最为严重。主要表型包括颅内出血、脑血管结构紊乱、红细胞分布异常、造血干细胞发育受损以及免疫细胞群体的选择性抑制。此外，DHN暴露还会导致明显的神经发育和颅面缺陷，尤其是在2,3-DHN处理组中。生化分析显示活性氧（ROS）显著积累、脂质过氧化增加以及抗氧化酶活性受损，表明氧化应激是重要的毒理学反应。与这些发现一致，转录分析显示与血管发育、凋亡和神经发育相关的基因发生了异构体特异性的改变，而与增殖相关的基因表达基本未受影响。这些结果表明，DHN暴露以高度依赖于异构体的方式在斑马鱼中诱导多系统发育毒性，毒性排序为2,3-DHN > 1,5-DHN > 2,7-DHN。羟基取代位置的微小差异转化为明显的氧化还原反应性和生物学结果的差异，突显了氧化应激作为DHN诱导的发育毒性的关键机制。这些发现表明，多环芳烃的环境转化并不一定会降低毒性，反而可能产生具有不同且潜在增强毒理特性的衍生物。总体而言，本研究强调了将氧化多环芳烃及其异构体特异性效应纳入环境毒理学和生态风险评估的必要性。
引言
多环芳烃（PAHs）是普遍存在的环境污染物，主要由不完全燃烧过程产生，包括车辆排放、生物质和煤炭燃烧、工业活动以及室内来源（Qiao等人，2020年；Qiao等人，2022年）。萘是一种代表性的低分子量PAH，常见于大气颗粒物、地表水和沉积物中。越来越多的证据表明，PAHs的环境和毒理学影响不能仅用母体化合物来解释，因为它们容易发生非生物氧化和生物转化，形成氧化和羟基化衍生物。氧化多环芳烃（OPAHs），特别是羟基化PAHs，与母体PAHs相比具有更高的极性、更好的水溶性和改变的氧化还原活性，可能导致通过氧化还原循环和醌的形成而增加生物利用度和毒性（Knecht等人，2013年；Kumagai和Abiko，2016年）。
二羟基萘（DHNs）是通过大气氧化和萘的生物转化形成的羟基化PAHs。它们以多种位置异构体的形式存在，羟基取代模式强烈影响其氧化还原性质、代谢和毒性。在环境和生物样本中检测到了DHN异构体，包括职业暴露人群的尿液（Lang和Wollschl?ger，2024年；Wu等人，2005年）。DHNs可以进一步氧化为萘醌或经历氧化还原循环，产生活性氧和亲电中间体，耗尽谷胱甘肽，破坏氧化还原信号传导，并在萘暴露后导致细胞毒性、基因毒性和血管损伤（Dela Cruz等人，2019年；Ahmad等人，2020年；Morshead等人，2025年）。由于斑马鱼（Danio rerio）具有快速的胚胎发生、光学透明性、保守的神经血管发育和适合机制研究的适应性，它已成为评估环境污染物发育毒性的强大脊椎动物模型。斑马鱼胚胎对氧化还原活性化合物敏感（Shankar等人，2020年），早期研究表明PAHs和OPAHs可以阻碍神经发育、引起出血表型并干扰心血管发育（Carls和Thedinga，2010年）。此外，来自转录组和代谢组分析的累积证据表明，氧化和羟基化PAHs在早期胚胎发生期间会干扰氧化应激途径和发育基因网络，突显了神经血管系统对氧化还原失衡的脆弱性（Elie等人，2015年）。尽管对OPAHs的毒理学重要性认识日益增加，但对DHN异构体的系统评估仍然很少。虽然个别DHN异构体受到的关注相对较少，但大多数研究集中在母体PAHs、特定的氧化衍生物或完全氧化的醌物种上。关键的是，DHNs之间的位置异构性在多大程度上决定了不同的发育和神经血管毒性仍不甚清楚。
羟基取代模式的微小变化会显著改变与血管完整性和大脑发育相关的分子的氧化还原行为和相互作用（Tanabe等人，2022年）。然而，关于DHN异构体对水生脊椎动物出血表型、神经发育异常和氧化应激反应的异构体特异性影响的比较数据很少。特别是，某些DHN异构体是否优先诱导颅内出血和神经发育缺陷，以及这些效应是否与ROS过量产生、抗氧化防御机制破坏和神经血管发育基因表达改变有关，尚未得到系统研究。这限制了准确的危害表征，并阻碍了对水环境中萘转化产物的风险评估。
在本研究中，我们使用斑马鱼胚胎和幼体作为模型，系统研究了三种DHN位置异构体——1,5-二羟基萘（1,5-DHN）、2,3-二羟基萘（2,3-DHN）和2,7-二羟基萘（2,7-DHN）的发育毒性。重点关注颅内出血和神经发育缺陷，我们旨在比较异构体特异性的发育毒性，并研究与大脑和血管发育相关的基因的转录反应。通过阐明DHN异构体之间的结构-毒性关系，本研究提供了DHN诱导的神经血管毒性的机制见解，并有助于更精细的萘衍生污染物的生态风险评估。
实验试剂
三种二羟基萘（DHN）异构体——1,5-二羟基萘（CAS编号83–56-7，纯度>98%）、2,3-二羟基萘（CAS编号92–44-4，纯度>98%）和2,7-二羟基萘（CAS编号582–17-2，纯度>97%）购自上海Macklin生化技术有限公司。二甲基亚砜（DMSO；CAS编号67–68-5）购自Sangon Biotech（中国上海）。1-苯基-2-硫脲（PTU；CAS编号103–85-5）购自Sigma-Aldrich（德国）。RNA提取试剂盒、cDNA
斑马鱼胚胎中DHN异构体的差异发育毒性
为了评估不同DHN异构体的发育毒性，评估了形态和发育参数。如图1A所示，暴露于2,3-DHN的胚胎表现出颅内出血，而1,5-DHN组表现出中度出血表型。相比之下，2,7-DHN处理的胚胎几乎没有可见出血，与对照组相当。与观察到的形态异常一致，一般的发育参数也
讨论
越来越多的证据表明，氧化应激是PAHs和OPAHs发育毒性的核心机制。与母体PAHs相比，氧化和羟基化PAHs通常表现出更高的化学反应性和氧化还原活性，部分原因是它们倾向于形成能够进行氧化还原循环和产生ROS的醌中间体（Bolton等人，2000年）。环境监测研究证实了OPAHs在空气中的广泛存在
研究局限性
应承认本研究的几个局限性。首先，毒理学评估使用的是斑马鱼胚胎，虽然这是一种成熟的环境毒理学脊椎动物模型，但可能无法完全反映高等生物的物种特异性敏感性或长期效应。其次，暴露设计集中在受控实验室条件下的个别DHN异构体，而环境暴露通常涉及复杂的混合物和波动
结论
本研究表明，DHN异构体在斑马鱼胚胎中诱导出不同的、依赖于异构体的发育毒性，毒性排序为2,3-DHN > 1,5-DHN > 2,7-DHN。观察到的发育损伤、氧化应激和凋亡反应的差异强调了位置羟基取代在塑造氧化多环芳烃毒理学行为中的关键作用。这些结果表明，PAH转化过程中的微妙结构变化
CRediT作者贡献声明
李子健：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，验证，数据管理，概念化。徐可：验证，方法学，正式分析，数据管理。王翔：软件，方法学。支文辉：可视化，方法学。付笛：方法学，调查。周喜英：验证，软件。胡伟涛：软件，资源。肖中华：验证，方法学。曹子刚：监督，资源，方法学，概念化。李慧敏：验证，方法学，
作者声明
我们声明该手稿是原创的，之前未发表过，目前也没有在其他地方考虑发表。
我们确认所有列出的作者都已阅读并批准了该手稿，且没有其他符合作者资格但未列出的人。我们进一步确认手稿中列出的作者顺序已得到所有人的批准。
我们理解通讯作者是与编辑联系的唯一联系人
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号32370896、82560418，资助曹子刚；编号32160828，资助李慧敏）；江西省杰出青年学者自然科学基金项目（编号20224ACB215001，资助曹子刚）；中国博士后科学基金（编号2025M782641，资助史晓文）；江西省“双千计划项目（编号jxsq2023201122，资助曹子刚）；江西省主要学术和技术带头人培训计划的支持
