《Environmental Toxicology and Pharmacology》：Metabolic pathway modulation and oxidative imbalance triggered by decamethylcyclopentasiloxane (D5) in zebrafish embryo
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D5暴露诱导斑马鱼胚胎代谢重编程，表现为谷胱甘肽S-转移酶活性升高（0.1 μM）和心率加快（1.0 μM），高浓度增强电子传递系统及乳酸脱氢酶活性，显示能量代谢转向无氧途径，伴随细胞能量分配减少，未发现结构氧化损伤或急性行为改变。
伊塔洛·B·L·安德拉德（ítalo B.L Andrade）、莉莉安·C·佩雷拉（Lílian C Pereira）、卡拉·金塔内罗（Carla Quintaneiro）、阿马德乌·M·V·M·索亚雷斯（Amadeu M.V.M Soares）、玛尔塔·S·蒙特罗（Marta S Monteiro）
圣保罗州立大学（Unesp）医学院病理学系，马里奥·鲁本斯·吉马良斯教授大道（Av. Prof Mário Rubens Guimar?es），博图卡图（Botucatu）18618-687，巴西
摘要
十甲基环戊硅氧烷（D5）是一种广泛用于个人护理产品的环状挥发性甲基硅氧烷，在水生环境中经常被检测到，但其早期亚致死毒性仍知之甚少。本研究探讨了不同浓度的D5（0.01–10 μM）在120小时暴露后对斑马鱼（Danio rerio）胚胎的心脏生理、氧化生物标志物和能量代谢的影响。D5主要引起浓度依赖性的代谢调节，而非明显的毒性作用。在0.1 μM浓度下，谷胱甘肽S-转移酶活性增加，表明解毒途径被激活；在1.0 μM浓度下，心率升高，表明有生理刺激作用。更高浓度下，电子传递系统和乳酸脱氢酶活性增强，反映了能量需求的增加以及代谢向无氧途径的部分转变，同时细胞能量分配减少。未观察到急性行为改变。总体而言，D5暴露引发了协调的代谢重编程，但没有结构氧化损伤的证据，这表明早期生化紊乱可能先于明显的功能损害。
引言
十甲基环戊硅氧烷（D5）是一种由硅、氧和碳原子组成的合成挥发性环状甲基硅氧烷，其物理化学性质（如低表面张力、高热稳定性和润滑能力）使其在工业和商业领域得到广泛应用（Fairbrother等人，2015年）。D5广泛用于个人护理产品（如除臭剂、止汗剂、化妆品和身体乳液）中，主要作为调理剂和溶剂（Lu等人，2011年），同时也用于制药配方、包装材料和纺织品（Fairbrother等人，2015年；Sahlin和?gerstrand，2018年；Surita和Tansel，2014年）。D5的持续大规模使用导致其扩散到环境中，主要通过挥发和工业、医院及生活废水的排放实现，其中来自个人护理产品的生活废水是进入水生环境的主要途径（Xue等人，2019年；Sahlin和?gerstrand，2018年）。环境监测显示其浓度变化较大，饮用水中的浓度可达1,099 μg/L（2.966 μM），废水中的浓度为539 μg/L（1.456 μM）（Kumari、Singh、Marathe，2024年）。污水处理厂的去除效果不完全，进水浓度为35 μg/L（0.1 μM），出水浓度为0.35 μg/L（0.01 μM）（Van Egmond等人，2012年），处理过程中浓度范围为0.35至91 μg/L（0.01至0.245 μM）（Zhang等人，2024年）。这些发现突显了D5在水生系统中的持久性和迁移性，此外它还存在于城市固体废物中（占比0.001–0.008%）（Surita和Tansel，2014年），并根据REACH法规被归类为极难降解和高度生物累积（vPvB）物质，因此被欧盟列为高度关注物质（SVHC，ECHA，2018年）。
鉴于其在环境中的存在，毒理学研究越来越多地评估D5对水生生物的影响（Xue等人，2019年；Domoradzki等人，2017年；Parrott等人，2013年；Jessup等人，2022年）。暴露于低至3.71×10?? μg/L和0.371 μg/L（1×10?? μM和1×10?3 μM）浓度的斑马鱼幼体以及含有硅氧烷混合物（八甲基环四硅氧烷（D4）和D5）的环境样本中，出现了神经毒性相关的行为改变（Jessup等人，2022年）。环境现实中的沉积物浓度（450和857 μg/g，即1.21和2.31 μM/g）也与淡水底栖无脊椎动物存活率下降有关（Wang等人，2013年）。此外，D5在水生食物链各层级表现出强烈的生物累积和生物放大潜力（Xue等人，2019年；Cui等人，2019年），尽管其发育毒性不明显，但生物浓缩因子超过4400（Parrott等人，2013年）。这些观察结果表明，D5可能引发生物学上的重要影响，而这些影响无法通过传统的致死性指标充分检测出来。
尽管生态学上越来越关注D5的毒性，但其背后的生化机制仍不够清楚，尤其是在亚致死和环境实际暴露条件下。现有研究主要关注最终结果（Xue等人，2019年；Domoradzki等人，2017年；Parrott等人，2013年；Wang等人，2013年），可能忽视了发生在生物体水平之前的早期细胞紊乱。氧化平衡、线粒体功能和能量代谢的变化是可能的毒性途径，但这些途径仍需进一步研究。这些过程是敏感的早期生物标志物，有助于揭示微妙的毒性效应并改进生态风险评估（Formicki等人，2025年）。此外，将生化紊乱与功能结果（包括行为和心脏毒性反应）联系起来的综合分析仍很缺乏，这突显了理解D5作用机制的关键空白。
鱼类的早期发育阶段为检测毒性机制提供了敏感的生物学窗口，这对环境健康和生态可持续性具有直接意义（Scholz等人，2018年）。斑马鱼是一种广泛用于生态毒理学研究的脊椎动物模型，用于研究发育过程中的神经毒性、氧化应激和代谢紊乱（Scholz等人，2018年；Buzenchi Proca等人，2024年），并已成功应用于评估氧化反应、外源物质的生物转化以及环境污染物引起的能量代谢变化（Chowdhury和Saikia，2022年；Tierbach等人，2020年；Abe等人，2018年）。基于D5在鱼类中的生物累积证据（Parrott等人，2013年）和斑马鱼幼体的行为改变（Jessup等人，2022年），本研究探讨了暴露于D5的斑马鱼胚胎和幼体的生化和生物能量指标。具体而言，我们评估了乙酰胆碱酯酶（AChE）活性和行为参数，以及氧化应激（过氧化氢酶活性和脂质过氧化）、生物转化（谷胱甘肽S-转移酶活性）、能量代谢（乳酸脱氢酶和电子传递系统活性）和细胞能量分配（CEA）的生物标志物。通过整合神经行为和代谢反应，本研究旨在阐明D5毒性的机制基础，并解决早期鱼类发育过程中氧化和生物能量紊乱方面的现有空白。
部分内容摘录
化学物质和测试溶液
有机硅D5（CAS 541-02-6；目录编号43271；纯度97%）从Sigma Aldrich（德国）购买，所有用于生化分析的其他化学物质也是如此，但蛋白质测定试剂盒来自Bio-Rad（美国）。选择的D5测试浓度（0.01、0.1、1和10 μM，或3.7、37.07、370.77和3,707 μg/L）涵盖了环境相关水平，并超出了报道的水溶性极限（17 μg/L或0.04 μM），以便
结果与讨论
在急性鱼类胚胎毒性测试中，我们每隔24小时监测一次斑马鱼胚胎的存活率和孵化率。任何处理组均未观察到显著的死亡率或发育异常（表S1）。值得注意的是，目前尚无关于D5在斑马鱼或其他物种任何发育阶段的LC50的信息。
结论
总之，D5暴露在斑马鱼早期发育过程中引起了可测量的生理过程变化，主要影响代谢和细胞稳态，而非导致明显的形态毒性。较低浓度与微妙的代谢调节相关，表明有适应性反应；而中等和较高浓度则引发了能量平衡和解毒相关途径的变化，表明能量需求增加。
未引用的参考文献
(Dasgupta等人，2022年；欧洲化学品管理局，2018年；Legradi等人，2015年；Levin和Cerutti，2009年)
CRediT作者贡献声明
伊塔洛·贝尔托尼·洛佩斯·德·安德拉德（ítalo Bertoni Lopes de）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，软件，项目管理，方法学，研究，正式分析，数据管理，概念化。卡拉·金塔内罗（Carla Quintaneiro）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件，方法学，研究，正式分析。莉莉安·克里斯蒂娜·佩雷拉（Lílian Cristina Pereira）：撰写 – 审稿与编辑，验证，监督，资源，项目
致谢
我们感谢高等教育人员改进协调委员会（CAPES）提供的奖学金资助（CAPES-PrInt项目编号88887.716831/2022-00），感谢圣保罗研究基金会（FAPESP）的财政支持（项目编号18/00229-1和22/03045-4），以及国家科学技术发展委员会（CNPq）的支持。本工作由葡萄牙国家基金FCT – Funda??o para a Ciência e a Tecnologia I.P.资助，属于CESAM - UID/50006项目/拨款范围。
