杀虫剂异氟磷-甲基对斑马鱼（Danio rerio）的神经毒性和免疫毒性

《Journal of Environmental Sciences》：Neurotoxicity and Immunotoxicity of the Insecticide Isofenphos-methyl in Zebrafish ( Danio rerio)

有机磷农药异硫氰酸甲酯（IFP）对斑马鱼胚胎发育的神经毒性和免疫毒性机制研究。通过行为学、组织病理学、生化及转录组学分析，发现IFP在0.1-8 mg/L浓度下显著抑制光暗反应、破坏昼夜节律，并减少巨噬和中性粒细胞数量。转录组学揭示其通过干扰神经递质合成（如色氨酸、酪氨酸）导致突触信号异常，同时伴随脑和眼部组织病理损伤，验证了IFP非乙酰胆碱酯酶途径的神经毒性。该研究为评估类似污染物生态风险提供新依据。

　　

谢琦|肖巧红|范新宇|毛海琴|高一涵|钟超|史梦杰|于鹏霞|黄家龙|邓杰|段鹏

武汉科技大学医学院襄阳第一人民医院妇产科研究生联合培训基地，中国襄阳441000

摘要

异福磷（IFP）是一种广泛用于农业的有机磷农药，由于其对人体健康的潜在风险而引起了公共卫生方面的关注。尽管最近的研究将IFP暴露与发育毒性联系起来，但其背后的毒理学机制仍不完全清楚。为了解决这一空白，本研究采用斑马鱼模型，通过结合行为学、组织病理学、生物化学和转录组学分析的方法来研究IFP的发育毒性。在受精后2至96小时（hpf）内暴露于IFP会对斑马鱼的早期胚胎发育产生不利影响，计算得出的96小时半数致死浓度（LC??）为6.407 mg/L。暴露于0.1、2、4、8 mg/L IFP的胚胎对光/暗刺激的反应减弱，昼夜节律也受到干扰。此外，IFP暴露还会损害免疫功能，显著降低巨噬细胞和中性粒细胞的数量。转录组学分析显示，神经活性配体-受体相互作用受到破坏，导致突触信号传导和神经元通信功能障碍；同时蛋白质的消化和吸收也受到影响，从而限制了合成关键神经递质（如血清素和多巴胺（DA）所需的基本氨基酸前体的供应。这些转录组变化得到了神经递质水平变化、脑线粒体损伤以及脑部和眼部结构组织病理学异常的支持。RNA测序结果通过定量实时逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）进一步得到了验证，证实了数据的可靠性。总体而言，这些发现表明IFP对发育中的斑马鱼具有明显的神经毒性和免疫毒性，强调了在早期发育阶段严格监管IFP污染的紧迫性。

引言

有机磷杀虫剂（OPs）是农业和家庭害虫控制中最广泛使用的有机农药类别（Wu et al., 2023）。由于需要维持全球粮食生产以应对人口增长和气候变化，人们对OPs的依赖不断增加，这相应地增加了暴露和相关健康风险。OPs通过农业径流进入水生生态系统，并在排放点下游积累到较高浓度，对人类和野生动物健康构成重大威胁（Fleischli et al., 2004）。它们的广泛应用导致水源、水果、蔬菜和各种食品受到污染，从而对非目标生物（包括鸟类、鱼类和人类）产生不利影响（Pundir et al., 2019）。OPs暴露带来的健康风险不仅限于急性中毒事件；长期暴露与一系列不良影响有关，包括神经毒性、内分泌紊乱和致癌作用（Sandilya et al., 2025）。流行病学研究进一步表明，OPs暴露与心血管疾病、哮喘和癌症的风险增加有关，尤其是在女性中（Sun et al., 2020）。继续研究OPs毒性的机制，并开发先进的检测和修复技术，对于保护公共卫生和维持生态平衡至关重要。

异福磷（IFP）是一种具有广谱杀虫活性的代表性OP，主要通过皮肤吸收和口服摄入起作用（Gao et al., 2016; Chen et al., 2017）。它被广泛用于农业中控制蚜虫和红蜘蛛等害虫（Wu et al., 2023）。IFP被归类为高毒性杀虫剂，其对Caossoma brachypomum的96小时半数致死浓度（LC??）为1.34 mg/L，对Tilapia nilotica为1.46 mg/L，对Pseudorasbora parva为0.14 mg/L（Wu et al., 2023）。尽管关于水生环境中IFP的系统监测数据有限，但其在地表水中的存在以及类似有机磷农药的环境行为表明，农业径流中的浓度可以从微克/升（μg/L）到低毫克/升（mg/L）不等，特别是在施用后或点源污染的情况下（Huang et al., 2020; Luo and Zhang, 2009; Wu et al., 2023）。因此，本研究中选择的暴露浓度（0.1、2、4、8 mg/L）旨在涵盖环境上可能的暴露水平（较低端）以及确定明确毒理学阈值和机制所需的较高浓度。与其他OPs一样，IFP通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）来诱导神经毒性，导致乙酰胆碱积累和随后的神经毒性效应（Jain et al., 2019）。值得注意的是，IFP还可能通过非AChE介导的机制产生效应，如神经内分泌紊乱、神经突起生长干扰和细胞内钙（Ca2?）稳态紊乱（van Melis et al., 2023）。因此，有必要通过除AChE抑制以外的机制来研究IFP的潜在发育神经毒性，以全面阐明其更广泛的健康影响。

据我们所知，许多关于IFP的研究主要集中在蔬菜和作物中的残留检测、生物降解（Premusz et al., 2021）以及对映体毒性（Zhang et al., 2018; Fang et al., 2021）上。值得注意的是，尽管针对水生系统中IFP的环境监测数据仍然有限，但最近的研究突显了有机磷农药污染的普遍问题。例如，在渤海等重要水体中的调查一致发现了多种OPs，证实了它们作为水生污染物的存在（Zhao et al., 2025）。此外，有机磷酯类污染物可以通过电子制造和阻燃剂生产等工业活动持续进入水生环境（Wang et al., 2026）。鉴于IFP与这些检测到的OPs具有相似的农业应用模式和理化性质，它很可能通过地表径流渗透到水生生态系统中，特别是在已知会释放大量农药的暴风雨事件期间（Peter et al., 2024）。然而，关于其在水生环境中的存在及其对非目标生物（包括水生物种）的毒理学影响的研究仍然很少（Wu et al., 2023）。迄今为止，只有一项近期研究调查了IFP对斑马鱼胚胎发育的亚致死毒性效应，发现了显著的发育毒性、神经毒性和由氧化应激和AChE抑制引起的的心脏毒性（Wu et al., 2023）。本研究利用综合方法证实并扩展了Wu et al.（2023）的发现，阐明了更广泛的毒理学特征和涉及的机制。具体来说，我们的研究：（1）通过转录组测序研究分子途径，（2）检测神经毒性，（3）识别眼部毒性，（4）量化免疫细胞群体（包括中性粒细胞和巨噬细胞）的变化。这些发现有望加深我们对IFP发育毒性的理解，并为评估水生生态系统中其他环境污染物的影响提供框架，从而有助于制定环境安全标准。

斑马鱼模型以其快速发育、早期阶段的光学透明性、与人类的高度遗传同源性以及适合高通量筛选而著称，是研究IFP神经毒性的理想系统（Park et al., 2021; Wang et al., 2024a）。鉴于其神经系统在早期发育阶段与哺乳动物的结构和功能相似性，研究斑马鱼中IFP诱导的神经毒性效应可能为潜在的人类健康影响提供有价值的见解。因此，本研究调查了IFP对斑马鱼胚胎发育的影响。具体来说，为了阐明IFP诱导的变化机制，采用了一系列综合方法，包括神经行为评估、组织病理学分析、转录组测序、生物化学检测和神经递质测量。这些发现旨在加深我们对IFP发育毒性的理解，并为评估水生生态系统中其他环境污染物的影响提供框架，从而有助于制定环境安全标准。

材料

IFP（CAS编号99675-03-3，纯度≥96.3%）由武汉消费者检测技术有限公司（中国武汉）提供。它是一种无色油状液体。通过将IFP溶解在二甲基亚砜（DMSO）中制备了80 mg/L的储备溶液（Aladdin，上海，中国）。AChE、γ-氨基丁酸（GABA）、多巴胺（DA）和血清素（5-羟色胺[5-HT]）的检测试剂盒购自南京建城生物工程有限公司（南京，中国）。互补DNA逆转录试剂盒

IFP暴露引起的发育毒性

图1a展示了斑马鱼胚胎中IFP暴露的时间和随后实验分析的示意图。在受精后24小时内暴露于IFP会导致斑马鱼胚胎死亡率显著增加，这种增加与浓度相关（图1b）。LC??值是根据2至96 hpf期间累积死亡率的剂量-反应曲线确定的（图1c），计算得出的IFP LC??为6.407 mg/L。在最高测试浓度（10 mg/L）下，IFP

讨论

IFP是一种广泛用于农业的有机磷农药（Pundir et al., 2019），其主要通过抑制AChE来发挥神经毒性作用，从而破坏胆碱能神经传导（Wu et al., 2023）。尽管自2018年起在中国已禁止在作物上使用IFP（Gao et al., 2016），但据报道在某些欧盟国家仍被非法使用（Acebedo et al., 2022）。最近的研究表明，IFP暴露会导致形态异常和神经毒性

结论

本研究首次对早期斑马鱼暴露于IFP的情况进行了转录组分析，并在图形摘要中概述了毒理学评估。研究结果表明，即使是在环境相关浓度下，IFP也会损害大脑发育和免疫反应。此外，这项研究首次提供了与较高IFP暴露相关的眼部发育毒性的证据，这可能会损害视觉功能并加剧神经毒性

CRediT作者贡献声明

谢琦：概念化、方法学、正式分析、数据可视化、撰写——原始草稿。肖巧红：方法学、正式分析、撰写——原始草稿。范新宇：正式分析、撰写——原始草稿。毛海琴：方法学、研究。高一涵：方法学、研究。钟超：方法学、研究。史梦杰：方法学、研究。于鹏霞：撰写——审稿与编辑、资金获取。黄家龙：监督

未引用参考文献

Speirs et al., 2024, Yang et al., 2023

CRediT作者贡献声明

谢琦：撰写——原始草稿、数据可视化、方法学、正式分析、概念化。肖巧红：撰写——原始草稿、方法学、正式分析。范新宇：撰写——原始草稿、正式分析。毛海琴：方法学、研究。高一涵：方法学、研究。钟超：方法学、研究。史梦杰：方法学、研究。于鹏霞：撰写——审稿与编辑、资金获取。黄家龙：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

本研究得到了国家自然科学基金（编号82301938）、湖北省自然科学基金（编号2022CFD010、2025AFD054、2024AFB504和2025AFB527）以及湖北省教育厅科学研究计划重点项目（编号D20242102）的支持。