苯并[a]芘对日本袋鼠鱼（Marsupenaeus japonicus）肝胰腺和鳃中脂质过氧化及基因表达的影响

《Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology》：Effects of benzo[ a]pyrene on the lipid peroxidation and gene expression in the hepatopancreas and gill of Marsupenaeus japonicus

苯并[a]芘（B[a]P）对马氏珠母贝 hepatopancreas 和 gill 的脂质过氧化及基因表达影响研究。结果显示，5 μg/L 和50 μg/L B[a]P暴露分别导致 hepatopancreas 和 gill 中MDA含量显著增加，表明高浓度B[a]P可诱导脂质过氧化。50 μg/L暴露使抗菌蛋白基因（C型凝集素、i型溶菌酶、 Stylicin）表达下调，而热休克蛋白和抗氧化酶基因表达上调。相关分析表明MDA含量与基因表达水平可作为B[a]P污染的生物标志物。

　　

吴一静|张毅|郑金斌|毛勇

宁波大学海洋科学学院，中国宁波，315211

摘要

苯并[a]芘（B[a]P）是一种常见的持久性有机污染物，由于人类活动在海洋环境中广泛存在，对海洋生态系统和公共健康构成了严重威胁。尽管先前的研究已经记录了B[a]P对生物体的不良影响以及生物体为缓解损伤而产生的反应，但关于具有商业价值的海洋甲壳类动物的研究相对较少。在本研究中，我们探讨了B[a]P对日本囊虾（Marsupenaeus japonicus）肝胰腺和鳃中的脂质过氧化及基因表达的剂量和时间依赖性影响。结果表明，在5 μg/L和50 μg/L的B[a]P暴露下，日本囊虾肝胰腺和鳃中的丙二醛含量增加，表明较高的B[a]P浓度会诱导脂质过氧化。50 μg/L的B[a]P暴露导致多种抗菌蛋白基因的表达下调，包括C型凝集素、i型溶菌酶和stylicin。相反，B[a]P暴露显著上调了热休克蛋白和抗氧化酶的基因表达。此外，相关性分析表明，日本囊虾肝胰腺和鳃中的丙二醛（MDA）含量和基因表达水平可以作为B[a]P的候选生物标志物。总体而言，本研究为B[a]P对日本囊虾氧化应激和基因表达的影响提供了基本见解，丰富了人们对甲壳类动物应对B[a]P压力分子机制的理解，并确定了B[a]P的候选生物标志物。

引言

苯并[a]芘（B[a]P）是一种典型的多环芳烃（PAH），天然存在于化石燃料中，也通过有机材料的不完全燃烧产生（Bukowska等人，2022年；Punetha等人，2022年）。随着人类活动的增加，如海上石油开发、沿海工业排放和石油泄漏，B[a]P在海洋生态系统中的污染范围不断扩大，并在海洋生物体内积累（Leng等人，2021年；Juhasz和Naidu，2000年）。B[a]P是一种致癌、致畸和致突变的持久性有机污染物，先前的研究表明，B[a]P对生物体有多种毒性作用，包括诱导氧化应激、免疫抑制、神经毒性、内分泌紊乱、生殖障碍和发育毒性（Mo等人，2025年；Tartaglione等人，2023年；Sun等人，2020年；Yang等人，2020年；Verma等人，2012年）。B[a]P污染的增加及其高毒性对野生和养殖的海洋动物种群构成了严重威胁，因此受到了广泛关注（Zhou等人，2026年；Cao等人，2022年；Song和Choi，2021年；Honda和Suzuki，2020年）。

B[a]P已知会导致活性氧（ROS）的过度生成，从而引发氧化损伤，如脂质过氧化（Kumar等人，2012年；Bukowska和Duchnowicz，2022年）。为了缓解氧化应激，机体会启动抗氧化反应来清除多余的ROS，其中涉及谷胱甘肽过氧化物酶（Gpx）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶（Yan等人，2010年；Davies，2000年）。此外，热休克蛋白（HSPs）也被认为通过维持蛋白质稳态来参与应对B[a]P压力（Gao等人，2022年；Guo等人，2017年；Liu等人，2015年）。尽管在模式物种中B[a]P抗压反应的机制已经相对明确（Bukowska和Duchnowicz，2022年），但对于非模式但具有商业价值的物种的理解仍然有限。特别是，在B[a]P压力下组织脂质过氧化水平与基因表达之间的相关性仍需进一步阐明，以确定参与B[a]P抗性的关键基因和潜在的环境生物标志物。

日本囊虾（Marsupenaeus japonicus）是商业渔业中重要的甲壳类动物，在印度-西太平洋地区广泛分布（Tsoi等人，2005年）。目前用于繁殖幼体的亲本仍主要来自野生种群。由于过度捕捞和海洋污染，日本囊虾的野生种群面临可持续生存的严重威胁。在水生环境中，B[a]P可以吸附在颗粒表面并沉积在沉积物中，导致底栖基质中的积累浓度显著升高（Leng等人，2021年；Bo等人，2014年；Rust等人，2004年）。鉴于其底栖生活方式，日本囊虾可能特别容易受到B[a]P的影响，使其成为研究B[a]P压力的理想模式生物和生物指示剂。然而，关于B[a]P对日本囊虾影响的研究仍然有限。抗氧化酶和HSPs在抵御B[a]P引起的压力方面起着关键作用，并被认为是B[a]P污染的潜在生物标志物（Gao等人，2022年；Shen等人，2016年；Liu等人，2015年；Pan等人，2009年）。此外，免疫效应物，如C型凝集素、i型溶菌酶和stylicin，是甲壳类动物先天免疫系统的关键组成部分（Chakrapani等人，2024年；Zheng等人，2020年；Chen等人，2016年）。分析这些基因在B[a]P压力下的表达模式不仅有助于揭示B[a]P对日本囊虾的影响，还有助于开发新的B[a]P污染生物标志物。因此，我们假设B[a]P可能对日本囊虾的脂质过氧化和基因表达产生剂量和时间依赖性的影响，这些参数有望作为B[a]P的生物标志物。

在本研究中，我们量化了日本囊虾肝胰腺和鳃在B[a]P暴露后的脂质过氧化水平。同时，分析了编码抗菌蛋白、HSPs和抗氧化酶的基因的转录谱，以阐明分子反应机制。这种对生化和分子参数的系统性研究为了解B[a]P污染对底栖甲壳类动物的生理影响提供了全面见解。此外，还分析了脂质过氧化/基因表达水平与B[a]P浓度/暴露时间之间的相关性，有助于识别对B[a]P具有抗性的关键基因，并评估这些参数作为生物标志物的潜力。

采样

本研究中使用的虾平均体重为6.53 ± 1.80克，来自中国福建省的一个水产养殖场。实验前，虾在温度控制、通气的海水中（22°C，盐度28 ppt）的矩形水箱中适应。海水每天更换一次，并每天喂食两次商业饲料。之后，样本被随机分配到每个含有100升测试液的水箱中

响应B[a]P暴露的MDA含量变化

在5 μg/L和50 μg/L的B[a]P暴露下，日本囊虾的肝胰腺和鳃中的MDA含量明显增加，而在0.5 μg/L B[a]P暴露下的日本囊虾中未观察到MDA含量的显著变化（图1）。在5 μg/L B[a]P暴露下，日本囊虾肝胰腺中的MDA含量分别在48小时和96小时时增加了2.13倍和2.19倍；而在50 μg/L B[a]P暴露下，MDA含量分别在48小时和96小时时增加了2.59倍和3.33倍

讨论

B[a]P是一种持久性有机污染物，可能导致生物体的免疫抑制和氧化应激（Tang等人，2022年；Guo等人，2021年；Lin等人，2020年；Khaniyan等人，2016年；Carlson等人，2002年）。随着海洋环境中B[a]P污染的加剧，迫切需要了解B[a]P对海洋动物的影响（Leng等人，2021年；Banni等人，2017年）。尽管已有许多关于B[a]P对海洋甲壳类动物影响的报道

结论

总之，本研究调查了不同浓度和暴露时间的B[a]P对日本囊虾肝胰腺和鳃中的脂质过氧化及基因表达水平的影响，发现较高的B[a]P压力会导致脂质过氧化增加和抗菌蛋白表达下降。同时，日本囊虾通过上调HSPs和抗氧化酶的表达来对抗B[a]P引起的氧化损伤，其中MjHSP10和MjCAT可能起到重要作用

CRediT作者贡献声明

吴一静：撰写——原始草案，实验设计，数据分析。张毅：方法学研究，资金获取。郑金斌：撰写——审稿与编辑，资金获取，概念构思。毛勇：监督。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了CPSF博士后奖学金计划（GZC20252060）、浙江省博士后科学基金会高级项目（ZJ2024066）以及宁波大学K. C. Wong Magna基金的支持。