综述：甲状腺激素信号传导介导的牛蛙变态过程及其可塑性

《Water Biology and Security》：Thyroid hormone signaling-mediated metamorphosis and its plasticity in bullfrogs

　　何颖琳|丁浩|舒瑞|徐超|曾芳|陈世军|雷晓婷|张昊天|林婉静|毛炳宇|杨慧荣
中国华南农业大学海洋科学学院，广州，510642

**摘要**
牛蛙（学名：Aquatara catesbeiana）因其响亮的鸣叫声而得名，这种动物被广泛应用于全球的专业水产养殖和科学研究中。它是一种具有较高经济价值的物种，在集约化水产养殖方面具有巨大潜力。其美味口感以及低脂肪、低胆固醇的特性赢得了消费者的广泛青睐。然而，大规模的养殖和生产扩张导致了牛蛙蝌蚪出现不同程度的发育异常，严重限制了牛蛙养殖的经济效益。甲状腺激素（THs）是代谢和发育转变的主要调节因子，在牛蛙变态过程中起着关键作用。研究营养和环境信号对甲状腺激素信号传导的影响，有助于促进变态过程的同步化，从而提高养殖效率。本文综述了目前关于牛蛙蝌蚪中甲状腺激素依赖性变态机制的认知，并探讨了营养和环境因素（如饮食价值、温度、光照周期、化学物质、水资源可用性和同类相食）如何调节甲状腺激素信号传导，进而影响生存率、体重增长和变态等关键经济性状。本文揭示了甲状腺激素在牛蛙变态过程中的调控机制，为可持续养殖实践提供了理论基础。

**1. 引言**
牛蛙（学名：Aquatara catesbeiana）是一种大型可食用蛙类，以其细腻的肉质、美味和高的营养价值而受到重视。它是全球主要的水产养殖物种，尤其在南美洲和亚洲（FAO, 2006, 2024a, 2024b, 2024c, 2024d）。这种原产于北美洲东部的物种已在多个国家和地区进行了数十年的商业化养殖（Ribeiro和Toledo, 2022；Zheng等, 2025）。19世纪末美国的早期养殖研究主要集中在人工繁殖技术上（Chamberlain, 1897）。然而从20世纪60年代到90年代，关于牛蛙养殖的基础研究非常有限，对其重要遗传和表型特征的内在机制也缺乏探索（Culley等, 1978；Flores-Nava和Gasca-Leyva, 1997；Lutz和Avery, 1999；Rodríguez-Serna等, 1996）。亚洲的牛蛙研究始于20世纪80年代，涵盖了生理学、生物化学和内分泌学方面的研究，但很少有研究真正应用于养殖实践（Denver, 2013；Fernández-Mongil等, 2009；Kikuyama等, 2023）。

1959年，牛蛙从古巴和日本等非原产地引入中国大陆，到20世纪90年代，其养殖已在全国范围内得到广泛推广，成为重要的商业水产品（Xuan等, 2010）。2021年中国牛蛙产量超过60万吨，并持续增长（Lin等, 2023）。在扩大养殖规模与提高产量需求之间寻求平衡，近年来引发了人们对牛蛙养殖的科学研究兴趣。与鱼类养殖不同，牛蛙养殖受到其变态过程的制约。从蝌蚪孵化到幼蛙成形的周期可能长达数月至数年，具体取决于温度、光照周期和水质等因素（Britannica, 2021；Helfrich等, 2009；Stefan, 2023）。此外，不同群体间的发育差异以及“食同类”的行为使得大型个体更易攻击小型个体，进一步限制了产量和经济效益（Flores-Nava和Vera-Mu?oz, 1999；Stefan, 2023）。尽管通过优化喂养制度和分级养殖可以减少个体差异，但完全消除同类相食现象仍难以实现。因此，阐明牛蛙的生长和变态动态，以同步化并加速生长速度、缩短生产周期成为该领域的主要研究目标，特别是确定关键的饮食和环境决定因素。

许多因素影响牛蛙蝌蚪的生长和发育，但这些机制尚未完全明了。这些机制涉及遗传因素、外部影响（营养和环境因素）以及激素系统之间的复杂相互作用。特别是甲状腺激素（THs）在蛙类变态过程中起着关键调节作用。甲状腺激素作用于靶细胞和组织，调节基因表达和细胞反应，从而控制驱动变态的分子级联反应并协调对外部刺激的响应。在有利的环境条件下，甲状腺激素会引发从幼虫到幼蛙阶段的深刻形态变化（图1）。甲状腺激素是环境变化的主要中介，能够将环境信号精确转化为神经内分泌器官内的内分泌和基因组调控信号，从而协调生理过程（Denver, 2013）。此外，甲状腺激素在调节生物体生理机能与资源可用性波动之间起着关键作用，有助于维持代谢稳态和能量消耗（Ruthsatz等, 2019, 2020b）。本文重点探讨了甲状腺激素在牛蛙蝌蚪变态过程中的作用，分析了影响其的因素，并探讨了调节和同步化变态进程的潜在策略，旨在为牛蛙的健康养殖提供技术支持。

**2. 牛蛙变态：甲状腺激素信号通路及其调节**
**2.1. 牛蛙变态期间下丘脑-垂体-甲状腺（HPT）轴的内分泌活动**
为确保蝌蚪的正常生长和变态所需的能量积累，变态前期甲状腺激素水平较低，而在变态中期逐渐升高，触发形态变化和器官重塑。变态高峰期则需要更高的甲状腺激素浓度（Miyauchi等, 1977；Mondou和Kaltenbach, 1979；Regard等, 1978；Suzuki和Suzuki, 1981）。升高的甲状腺激素水平可促进靶组织中甲状腺激素响应mRNA转录本的上调，从而提高变态速率（Becker等, 1995, 1997；Helbing等, 2010；Hinther等, 2010a；Jackman等, 2018；Mochizuki等, 2012a, 2012b；Suzuki等, 2016；Veldhoen等, 2014）。略高于环境污染水平的甲状腺激素浓度可能足以启动变态过程，而过早或过量的甲状腺激素产生则常导致蝌蚪死亡（Becker等, 1997；Helbing等, 2010；Jackman等, 2018；Maher等, 2016）。甲状腺激素的信号传导始于下丘脑，并由下丘脑-垂体-甲状腺（HPT）轴调节（图2）。下丘脑产生的神经激素控制垂体前叶分泌促甲状腺激素（TSH）。在哺乳动物中，促甲状腺激素释放激素是调控TSH分泌的主要神经激素。然而，在青蛙和成年个体中，促甲状腺激素释放激素虽在脑部和垂体中表达并刺激TSH分泌，但在蝌蚪中则无此作用（Denver, 1996；Mimnagh等, 1987；Norris, 1983；Seki等, 1983；Taniguchi等, 1990；Okada等, 2004）。在蝌蚪中，垂体TSH的分泌是由促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）及相关肽类刺激的。TSH通过上调NaI钠/碘转运蛋白来促进甲状腺激素的合成和分泌，使碘进入甲状腺细胞，并刺激甲状腺过氧化物酶的生物合成，进而将碘结合到甲状腺球蛋白（甲状腺激素的前体）中（Dodd和Dodd, 1976）。

**2.2. 甲状腺激素信号通路与牛蛙变态的调节**
甲状腺激素的信号传导始于下丘脑，并由下丘脑-垂体-甲状腺（HPT）轴调节（图2）。下丘脑产生的神经激素控制垂体前叶分泌促甲状腺激素（TSH）。在哺乳动物中，促甲状腺激素释放激素是调控TSH分泌的主要神经激素。而在青蛙中，促甲状腺激素释放激素在脑部和垂体中表达，但不会刺激蝌蚪的TSH分泌。在蝌蚪中，垂体TSH的分泌是由促肾上腺皮质激素释放因子（CRF）及相关肽类刺激的。TSH通过上调NaI钠/碘转运蛋白来促进甲状腺激素的合成和分泌，使碘进入甲状腺细胞，并刺激甲状腺过氧化物酶的生物合成，进而将碘结合到甲状腺球蛋白中。TSH进入血液后，与甲状腺激素结合蛋白（TBP）结合，并通过有机阴离子转运和受体介导的内吞作用进入细胞。促肾上腺皮质激素（ACTH）作用于肾上腺组织，促进皮质类固醇（CSs）的合成和分泌。CSs进入血液后，与皮质醇结合球蛋白（CBG）结合，并通过被动扩散进入细胞。在细胞内，甲状腺激素与细胞质结合蛋白（CBPs）结合。T4可被II型脱碘酶（D2）转化为活性更强的T3，或被III型脱碘酶（D3）转化为无活性的rT3。T3可被III型脱碘酶（D3）转化为无活性的3,3′-二碘-L-甲状腺素（T2）（Galton和Hiebert, 1988；Jackman等, 2018；Maher等, 2016）。甲状腺激素受体（TRs）与视黄酸X受体（RXRs）形成异二聚体，在未结合状态下持续结合到目标基因中的甲状腺激素响应元件（TREs），从而抑制基因转录。当甲状腺激素进入细胞并与TRs结合后，基因转录被解除抑制并激活。糖皮质激素与细胞质中的糖皮质激素受体（GR）或盐皮质激素受体（MR）结合，这些受体与分子伴侣蛋白（如HSP90和HSP70）复合。激素结合导致受体构象变化，热休克蛋白解离，受体二聚化并转移到细胞核。在细胞核内，受体与目标基因中的糖皮质激素/盐皮质激素响应元件（G/MREs）结合，从而激活或抑制基因表达。多种共调节转录因子（如甲状腺激素受体β（thrb）和Krüppel样因子9（klf9）依次被激活，增强细胞对甲状腺激素的作用，加速发育过程。

甲状腺主要合成甲状腺素（T4），后者通过转运蛋白从甲状腺运输到靶细胞的膜特异性结合位点。T4通过受体介导的内吞作用进入细胞，然后被II型脱碘酶（D2）转化为活性更强的T3，或被III型脱碘酶（D3）转化为无活性的rT3（Galton和Hiebert, 1988；Jackman等, 2018；Maher等, 2016）。甲状腺激素在细胞核内通过与视黄酸X受体形成异二聚体并持续结合到目标基因中的甲状腺激素响应元件，从而激活基因表达和随后的蛋白质翻译及代谢变化（Helbing等, 2010）。

**2.3. 皮质类固醇（CSs）在牛蛙变态中的作用**
甲状腺激素信号通路与其他内分泌轴密切相关，尤其是调节应激反应和代谢的皮质类固醇（CS）系统。牛蛙中的CS信号传导由下丘脑-垂体-肾上腺（HPI）轴调节（图2）。CRF通过促进垂体释放促肾上腺皮质激素（De Groef等, 2006；Denver, 2009），进而刺激肾上腺分泌CSs（Hsu等, 1984；Kikuyama等, 1986）。CSs是应激激素，对牛蛙发育具有关键调节作用，尤其与应激环境变化引起的变态过程密切相关。例如，营养缺乏、水位下降、种群密度增加和捕食者等环境因素可导致甲状腺激素和CSs水平升高，从而加速蝌蚪变态（Becker等, 1995；Helbing等, 2010；Hinther等, 2010a）。由于实验模型有限，关于环境因素与变态激素之间相互作用的研究尚不充分。然而，已经明确的是，甲状腺激素（THs）对于生理和发育转变是必要的，但仅靠它们不足以完成变态过程。皮质类固醇（CSs）在这些过程中也起着内在作用，并且能够增强或协同THs的作用。CSs调节变态器官的成熟，动员能量储备，并在应对压力源后刺激进食行为以补充耗尽的能量储备（Hu等人，2008年；Macchi和Phillips，1966年；Taylor等人，1972年）。此外，CSs通过上调甲状腺激素受体和D2的表达来增强组织对THs的敏感性，从而调节TH诱导的变态进程（Sachs和Buchholz，2019年）。在变态过程中，THs对下丘脑-垂体-肾上腺（HPT）轴产生负反馈，而CSs则通过下丘脑和垂体水平的负反馈抑制HPI轴的活动，恢复应激后的激素平衡（Denver，2021年；Sachs和Buchholz，2019年）。牛蛙产生的主要CSs是皮质醇、皮质酮和醛固酮（Carstensen等人，1961年；Krug等人，1983年）。皮质酮和醛固酮可以加速蝌蚪的TH诱导的变态变化，但在没有TH分泌的情况下不会促进变态（Bock，1938年；Frieden和Naile，1955年；Kikuyama等人，1986年；Rousseau等人，2016年）。同时给予皮质酮可以增强TH诱导的转变程度，包括在变态高峰期尾部的吸收和肝脏氨基甲酰磷酸合成酶活性的增加（Galton，1990年）。外源性皮质酮/醛固酮以剂量依赖的方式增加T3与尾部组织核受体的结合能力，表明CSs至少部分参与了变态高峰期尾部细胞中T3的结合。此外，CSs诱导的T3结合增加可以被放线菌素D（一种RNA合成抑制剂）和环己亚胺（一种蛋白质合成抑制剂）阻断，这表明CSs增强T3活性需要新的RNA和蛋白质合成（Suzuki和Kikuyama，1983年）。在变态前、变态初期和变态高峰期，合成型CS地塞米松与尾部细胞质的结合能力基本保持不变，而在变态前，其与肠道细胞质的结合能力相对较高，之后则下降。这表明CSs在加速某些TH诱导的变态过程中具有组织特异性效应（Woody和Jaffe，1984年）。CSs对牛蛙蝌蚪发育影响的信号机制和下游效应器仍大部分未知（Kulkarni和Buchholz，2014年）。研究表明，CSs及其受体在调节牛蛙变态过程中与THs有广泛的重叠作用。鉴于CSs在介导与压力相关的环境对TH依赖性变态的影响方面的组织特异性，深入理解CS调节在胚胎后牛蛙发育中的基本机制和重要性是必要的。

2.3. 其他影响牛蛙变态的激素控制
除了上述激素外，垂体分泌的催乳素（Baker和Tata，1992年；Kikuyama等人，1993年），以及下丘脑分泌的精氨酸血管加压素（Clemons等人，1979年；Hall和Chadwick，1984年；Nakajima等人，1993年；Seki和Kikuyama，1986年；Seki等人，1983年，1988年）和多巴胺（Nakano等人，2010年）也在影响牛蛙变态的激素系统中发挥作用（图3）。这些垂体激素与其下丘脑调节因子在变态过程中的相互作用已在先前的研究中进行了综述（Denver，1996年，2009年，2013年；Kikuyama等人，1993年，2023年；White和Nicoll，1981年）。因此，本综述重点关注牛蛙变态的关键TH信号机制，遗憾的是无法涵盖所有关于变态激素的内容。

3. 影响牛蛙蝌蚪生长和变态的饮食因素
3.1. 饮食中的蛋白质和脂质
牛蛙变态期间的生长和发育在很大程度上依赖于饮食中的蛋白质来支持TH合成和组织重塑（Mullur等人，2014年；Pa?kowska-Go?dzik等人，2018年）。因此，喂食充足蛋白质的牛蛙蝌蚪表现出更早的开始时间、更快的速度和更均匀的变态质量（Collins，1979年）。相反，低蛋白饮食会加剧种内竞争，降低种群内的累积生长率（MMR），并加剧生长异质性（Flores-Nava等人，1994年）。在这种情况下，只有具有竞争优势的个体才能获得足够的能量进行变态。其余的蝌蚪会保持蝌蚪状态，直到达到变态所需的能量和激素阈值（Carmona-Osalde等人，1996年；Collins，1979年）。在变态前，如果饮食中的蛋白质含量低于22.5%，则无法满足蝌蚪的营养需求，甚至可能导致死亡率上升。相反，过高的蛋白质含量（>45%）与生长异质性和更高的畸形率有关（Barbosa等人，2005年）。Culley等人（1978年）评估了20%至70%的蛋白质含量，发现这些含量在蝌蚪体重达到1-2克之前不会导致生长率的显著差异。然而，40%的蛋白质含量使饲料效率提高了35%。当蝌蚪体重超过2-3克时，含有>30%蛋白质的饮食会产生更好的生长结果。蝌蚪在变态前后的蛋白质需求增加（Culley等人，1978年）。Fontanello等人（1982年）评估了在Gosner阶段25喂食20%-50%蛋白质的牛蛙蝌蚪，发现体重增长率（WGR）没有差异，但40%的蛋白质优化了生存率、饲料效率和MMR等指标。累积MMR与饮食中的蛋白质含量之间存在直接相关性，这被用作评估变态期间蛋白质需求的可靠指标；饮食中44.61%的粗蛋白被认为是最佳的（Carmona-Osalde等人，1996年）。Gao等人（2024a）研究了24.61%至53.92%不同蛋白质含量对牛蛙变态的影响，发现WGR、特定生长率和MMR以及血浆T4水平随着蛋白质含量的增加而增加，超过44.06%后这些指标开始下降。值得注意的是，血浆T4水平与MMR呈正相关。二次多项式回归确定最佳蛋白质范围为42.49%-46.50%。蛋白质缺乏引起的变态异常可能是由于酪氨酸等TH合成前体不足（Wright等人，2011年）。此外，不足的饮食蛋白质水平会抑制HPT轴的活动并损害T4向T3的转化效率（Pa?kowska-Go?dzik等人，2018年）。为了促进变态并降低养殖成本，建议在变态前将饮食中的粗蛋白含量保持在30%-40%，之后增加到40%-45%。
饮食中的脂质水平也会影响蝌蚪的变态。Gao等人（2024b）证明，含有10.72%-11.08%脂质的饮食可以改善蝌蚪的WGR、MMR和消化酶活性，同时优化体成分和饲料的表观消化率。过低（4.46%）和过高（12.34%）的饮食脂质水平都会降低WGR和MMR。现有的研究主要集中在评估不同变态阶段饮食中蛋白质和脂质水平对牛蛙蝌蚪生长、变态、进食表现和有限TH水平的影响。然而，关于蛋白质、脂质和微量元素对HPT轴调节作用的研究尚缺乏。由营养供应介导的TH途径可能涉及多种机制。未来的研究应阐明这些机制如何影响TH代谢和牛蛙变态，以及不同变态阶段营养需求的动态变化。

3.2. 喂养剥夺
无尾两栖动物幼体的喂养剥夺可以触发应激和能量代谢反应（McKeown等人，2016年）。短期饥饿可以激活HPT轴，促使蝌蚪改变生态位并增强觅食能力（Denver，1997b，2021年；Tejedo等人，2010年）。相反，在长期营养限制下，身体可能会下调TH信号以降低代谢率，确保蝌蚪的发育与外部资源供应相匹配，最终延迟变态（Denver，2009年）。喂养剥夺的影响在不同变态阶段有所不同（Shao等人，2023年）。在变态前，能量摄入不足会延迟下丘脑产生CRF，从而抑制TH和CS的分泌，导致发育停滞（D'Angelo等人，1941年；Denver，2009年）。相比之下，在变态初期，饥饿会诱导应激介导的CRF分泌，触发短暂的TH激增。在这种情况下，蝌蚪会在能量耗尽之前利用储存的脂肪储备来加速变态（Wright等人，1999年；Zhu等人，2019年）。然而，在变态高峰期，喂养剥夺会由于脂肪储备对于维持禁食期间的营养供应至关重要而延缓发育（Wright等人，2011年）。喂养不足可能通过调节HPT轴的应激反应和能量代谢平衡来作为变态的调节因素。在实际生产中，应平衡喂养剥夺的短期刺激效应和长期抑制效应。例如，短暂的饥饿可能会诱导觅食行为并加速变态。相反，长期的营养限制会降低TH信号，延缓发育进程，甚至影响变态后的体型和存活率。因此，应根据蝌蚪的发育阶段调整水产养殖的喂养策略，以避免长期喂养不足导致代谢效率下降和发育停滞。从控制喂养中节省的成本必须与因变态延迟而增加的时间进行权衡。在大多数情况下，将牛蛙蝌蚪的喂养率保持在体重的3%-8%并根据生长表现进行调整是一种经济上可行的方法（Gao等人，2024b；Shao等人，2023年；Zhu等人，2024a）。此外，喂养剥夺影响牛蛙蝌蚪发育的精确机制尚不清楚。未来的研究应阐明喂养剥夺通过哪些调节途径促进或抑制变态激素系统。进一步研究营养适应的广泛机制对于深入理解喂养如何调节牛蛙的TH依赖性变态是必要的。

4. 环境因素对牛蛙蝌蚪生长和变态的调节
4.1. 温度
青蛙的生长和发育直接受到温度的影响。在较高温度下饲养的青蛙通常具有较短的幼体期、较高的MMR和较小的变态后体型（Kingsolver和Huey，2008年；Ruthsatz等人，2018年）。牛蛙蝌蚪生长和发育的最佳温度范围是24-27°C（Mansano等人，2019年；Seixas Filho等人，2017年）。在分子水平上，高温被视为应激源，可能刺激HPT轴。这导致CRF的上调，进而促进TH和皮质酮的分泌，从而加速变态的开始和进程（Aguirre-Becerra等人，2018年；Freitas等人，2016年；Murata和Yamauchi，2005年；Suzuki等人，2016年）。因此，多种TH响应的mRNA转录本上调。然而，Grott等人（2023年）报告称，在32°C下维持Gosner阶段25-30的牛蛙蝌蚪16天后，MMR和甲状腺腺体面积减少，同时下调了肝脏中TH响应基因（如甲状腺激素受体α（thra）、甲状腺激素受体β（thrb）、3型碘甲状腺原氨酸脱碘酶（dio3）的表达。这些发现与高温加速变态的共识相矛盾。这种差异可能是由于温度远超过最佳范围并且暴露时间过长。尽管Freitas等人（2016年）观察到在34°C下饲养的蝌蚪中TH响应基因上调，但暴露时间仅限于7天。这些结果表明，蝌蚪可能通过包括TH响应基因上调和变态加速在内的甲状腺介导的反应暂时补偿温度升高。相反，持续的热应力可能会抑制HPT轴，损害甲状腺发育，并干扰TH靶基因的转录反应，最终干扰变态进程（表1）。此外，温度引起的变态加速可能会带来生理成本。例如，过小的变态后体型可能会影响幼体的表现，导致MMR或繁殖能力下降，从而影响养殖生产力（Ohmer等人，2023年；Tejedo等人，2010年）。研究摘要信息，探讨了温度对经历自然和TH诱导变态的牛蛙蝌蚪的影响。
**研究类型**：实验
**处理方式**：不同温度处理（自然条件、TH诱导）
**终点**：变态过程及相关基因表达变化
**效应**：变态速率（MMR）、甲状腺激素（TH）响应基因表达、身体参数（如体重BW、体长BL、尾长TL）等
**参考文献**：详见各研究文献

| 研究 | 处理方式 | 温度 | 终点 | 效应 | 参考文献 |
|------------|----------------------------------|-----------------|----------------------------------|--------------------------------------------------------|----------------------------------------|
| Freitas等人（2016）| 7天幼体暴露于34°C | 28°C | 变态；TH响应基因Y↑（dio2、dio3、thrb、thibz在肝脏中表达增加） | |
| Grott等人（2023）| 16天幼体暴露于32°C | 25°C | 变态；TH响应基因Y↓；thra、thrb、dio3在肝脏中表达减少 | |
| Murata和Yamauchi（2005）| 3/7天幼体暴露于26°C | 4°C | 变态；TH响应基因及代谢相关转录本表达变化 | |
| Suzuki等人（2016）| 64小时C鳍暴露于5°C（48小时）至24°C（16小时） | | TH响应基因T3↑；thra和thrb在C鳍中表达增加 | |
| Koide等人（2022）| 50天幼体暴露于26°C | 19°C | 变态；体重BW、体长BL、头长HL增加 | |
| Aguirre-Becerra等人（2018）| 2天幼体暴露于5°C | 24°C | TH响应基因T3↓；thra、thrb在嗅觉上皮中表达减少 | |
| Field等人（2024）| 7天幼体暴露于5°C | 24°C | 变态；TH响应基因T3↑；thibz在肺部表达增加 | |
| Hammond等人（2015b）| 3天幼体暴露于4°C | 28°C | 变态；TH响应基因及代谢相关转录本表达变化 | |
| Mochizuki等人（2012a）| 不同处理时间下的温度变化 | | TH响应基因及代谢相关转录本表达变化 | |

**结论**：
- 温度升高会促进牛蛙蝌蚪的变态过程，尤其是TH响应基因（如thra、thrb、dio2、thibz）的表达增加（Freitas等人，2016；Grott等人，2023；Murata和Yamauchi，2005）。
- 温度过低（≤5°C）会导致变态完全停止（Evans和Helbing，2024；Koide等人，2022；Kuecks-Winger等人，2025）。
- 外源性TH补充在低温条件下无法引发变态（Aguirre-Becerra等人，2018）。
- 恢复到适宜温度后，变态过程会迅速重新启动（Field等人，2024）。
- 在低温条件下，甲状腺激素诱导的代谢变化更为显著（Suzuki等人，2016；Hammond等人，2015b）。
- 温度变化会影响基因表达的表观遗传调控（Hammond等人，2015a；Ishihara和Yamauchi，2019）。

**温度对变态的影响**：
- 温度通过调节甲状腺激素（TH）及其下游信号通路的生物活性来影响变态过程（De León-Ramírez等人，2021；Wright等人，2004）。
- 不同光照周期（L/D循环）会影响TH和皮质类固醇（CS）的分泌节奏（Wright等人，2003；De León-Ramírez等人，2021）。
- 外源性TH的施用时机对变态效果至关重要（Wright等人，2003a；Koide等人，2022）。

**培养水中的化学物质**：
- 培养水中添加的外源性TH（如T3/T4）会对牛蛙蝌蚪产生显著影响（表2）。早期研究使用高浓度TH（10–50 nM），而近期研究表明较低浓度（0.05–0.5 nM）也能引起反应（Jackman等人，2018；Maher等人，2016）。

**光照周期对变态的影响**：
- 光照周期通过调节甲状腺激素轴（HPT轴）和TH响应基因的表达来影响变态过程（Wright等人，2003；De León-Ramírez等人，2021）。
- 动态光照周期（如12L:12D）能更有效地促进变态（De León-Ramírez等人，2021）。

**培养水的化学成分**：
- 培养水中含有的化学物质（如T3/T4）会影响牛蛙蝌蚪的变态过程（表2）。暴露于略高于环境水平的与环境相关的TH浓度似乎足以触发变态过程，尽管TH浓度升高导致的过早诱导会增加蝌蚪的死亡率（Maher等人，2016年）。表2总结了报告外源性THs或TH抑制剂对牛蛙蝌蚪影响的研究信息。

| 化学物质 | 研究类型 | 终点 | LOEC | LOEL | 效果 | 参考文献 |
|---------|---------|------|------|------|--------|
| T3 | 幼体暴露至第12天死亡 | dio2丰度和D2活性 | 10 mM | 1 μL/g | 单次注射后2-3天和5天，多个组织中的dio2和D2活性增加 | Becker等人（1995年） |
| | 4天幼体暴露 | TH响应基因 | 10 mM | ↑ | col1a2、plp1、fn1、mmp2、thra、thrb、thibz、klf9、dio2、timm50和otc在多个组织中 | Veldhoen等人（2014年） |
| | 3天幼体暴露 | TH响应基因 | 5 mM | ↑ | thrb、cebp1、cebp2、dio3和otc在多个组织中 | （Mochizuki等人，2012a, 2012b） |
| | 2天尾鳍培养 | 转录因子 | 10 mM | ↑ | 尾鳍中的thrb | Hinther等人（2010a） |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 10 mM | ↑ | OB中的thra和thibz | Jackman等人（2018年） |
| | 2天幼体暴露 | TH响应基因 | 1 mM | ↑ | OB中的thrb和dio2 | |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 0.1 nM | ↑ | OE中的thra、thrb和thibz | |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 1 μL/g | 10 pM | 单次注射后多个组织中的thra、thrb、thibz和klf9增加 | （Helbing等人，2010年；Maher等人，2016年；Veldhoen等人，2015年） |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 1 μL/g | 0.1 pM | 单次注射后尾鳍中的thrb、thibz和klf9增加 | Maher等人（2016年） |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 1 μL/g | 5 pM | 单次注射后多个组织中的thra、thrb、thibz和klf9增加 | Maher等人（2016年） |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 1 μL/g | 0.5 pM | 单次注射后尾鳍中的thrb和thibz增加 | Maher等人（2016年） |
| | 2天幼体暴露 | 转录因子 | 1 μL/g | 0.05 pM | 单次注射后尾鳍中的cebp1增加 | |
| | 1天幼体暴露 | 变态 | 1 mM | ↓ | MMR、HLL、FLE、尾部吸收 | Becker等人（1997年） |
| Iopanoic acid | 1天幼体暴露 | 变态 | 1.75 μM | ↓ | MMR、HLL、FLE、尾部吸收 | |

T3暴露会损害牛蛙蝌蚪检测捕食者信号的能力，而等效的T4暴露则没有这种影响（Heerema等人，2018年）。通过RNA测序（RNA-seq）和qPCR对嗅觉上皮的分子分析显示，该组织对T4和T3都非常敏感。尽管许多基因对这两种激素都有反应，但其中一部分基因表现出激素特异性调控，且T3影响的基因序列比T4更多（Jackman等人，2018年；Maher等人，2016年）。与感觉感知、钾离子运输、DNA修复、线粒体能量代谢和转录/RNA处理相关的基因差异为它们的不同作用机制提供了见解。这些发现强调了在评估T4和T3作为外源性物质对环境和生物体的TH反应时，将它们视为不同实体的必要性。

4.3.2. 外源性雌激素和孕激素
雌激素在合成、分泌、运输和生物活性方面与THs相关，这归因于下丘脑-垂体（HP）轴的相互调节以及它们通过核受体结合刺激基因表达级联的共同作用机制。外源性雌激素或孕激素会降低牛蛙的MMR（Hayes，1997年）。具有雌激素或孕激素特性的多种化合物，如壬基酚（NP）和己烯雌酚（DES），通过竞争性结合牛蛙的甲状腺激素转运蛋白或甲状腺激素受体来抑制TH的运输和信号传导（Ishihara等人，2003年）。Christensen等人（2005年）证实，NP暴露会导致牛蛙蝌蚪的MMR和尾部吸收率下降，表明其通过抑制TH介导的生理反应而延缓变态。Yamauchi等人（2000年）报告说，DES会竞争性结合牛蛙的甲状腺激素转运蛋白并降低TH-TTR的结合亲和力。DES暴露还导致甲状腺滤泡细胞高度降低，但甲状腺滤泡数量或甲状腺腺体面积没有变化。此外，DES和炔雌二醇（EE，一种孕激素类似物）抑制了蝌蚪红细胞对T3的摄取，从而降低了细胞对T3的响应性（Shimada和Yamauchi，2004年）。

多项研究确定了雌二醇（E2）在牛蛙嗅觉上皮中的转录效应，发现经典TH响应基因（如thra、thrb和thibz）没有变化（Heerema等人，2018年；Jackman等人，2018年，2022年）。这一观察结果在林蛙（Lithobates sylvaticus）中也得到了证实（Bulaeva等人，2015年）。RNA-seq显示，E2暴露引起的转录组变化与THs引起的变化几乎没有重叠（Jackman等人，2022年）。虽然TH暴露与多达45,000个TH相关contigs的显著变化相关，但E2暴露仅引起112个TH相关contigs的变化（Jackman等人，2018年）。雌激素和孕激素化合物似乎通过多个靶点干扰TH信号通路，从而阻碍牛蛙的变态。然而，其背后的分子机制和长期生态风险仍不清楚。鉴于雌激素和孕激素类似物在水产养殖中的广泛使用，需要进一步研究以确定母体暴露于这些激素及其类似物和合成衍生物对后代TH信号传导的潜在影响。

4.3.3. 金属
天然存在或人为产生的金属可以作为内分泌干扰化学物质。这些化合物可能通过多种途径损害牛蛙蝌蚪的生长和变态，包括甲状腺组织病理损伤、TH合成/代谢紊乱以及受体功能改变。例如，铅（Pb）暴露通过增加能量消耗和损害消化功能来降低牛蛙蝌蚪的体重和食欲（Rice等人，1999年）。长期暴露（>4周）会导致体型减小和变态延迟（Rice，1998年）。与对照组50%的MMR相比，暴露于1000 μg PbNO3/L的牛蛙蝌蚪的MMR仅为28%（Rice等人，2002年）。1000 μg PbNO3/L降低了亚洲蟾蜍（Bufo gargarizans）多个器官和组织中的甲状腺滤泡面积，并下调了TH响应基因（如thra、thrb、dio2和dio3）的表达（Yang等人，2019年）。同样，铁（Fe）、锰（Mn）或它们的共同暴露也会导致牛蛙蝌蚪的变态延迟，单独暴露比共同暴露时延迟更明显（Veronez等人，2016年）。相反，锂（Li）和硒（Se）的共同暴露缩短了变态阶段，但在变态前引发了蝌蚪的早熟特征，包括总湿重、活动水平和甲状腺组织学变化（Pinto-Vidal等人，2021年，Pinto Vidal等人，2021年）。这种共同暴露还触发了解毒尝试，耗尽了脂质和葡萄糖储备。这种代谢冲突与变态需求之间的矛盾导致了变态后的体型减小和觅食及繁殖能力受损（Pinto-Vidal等人，2021年）。锌（Zn）、铜（Cu）和镉（Cd）也由于异常的能量代谢和氧化应激而抑制生长和变态（Chagas等人，2020年）。这些效应可能源于金属引起的甲状腺损伤和TH失调（Sun等人，2018年；Wang等人，2024a）。

养殖水中含有复杂的金属元素混合物，因此需要通过机制研究来阐明金属污染对牛蛙TH信号传导的影响。为了保护发育和HPT轴功能，必须严格控制养殖水中的矿物质添加剂剂量。此外，定期监测和处理（如物理化学吸附和生物降解）水中有害金属浓度对于减轻生物积累和防止生长及发育异常至关重要。

4.3.4. 微粒/纳米颗粒
许多金属和塑料是微粒/纳米颗粒的组成部分。微粒是指至少有一个维度小于5毫米的颗粒，纳米颗粒则是指至少有一个维度小于100纳米的颗粒（Iavicoli等人，2013年）。与离子形式相比，纳米金属颗粒（NMPs）具有独特的物理化学性质，使其适用于广泛的工业和农业应用，因此在水生环境中广泛存在。NMPs通过干扰TH信号传导、诱导氧化损伤和表观遗传修饰来损害牛蛙蝌蚪的生长和变态。Hinther等人（2010b）证明，即使在北美水质标准允许的浓度下，NMPs也会通过竞争性结合甲状腺激素受体来干扰TH介导的尾部吸收，下调下游基因（如thrb和Rana larval keratin 1（rlk1）并上调氧化应激标志物（如热休克蛋白90（hsp90））。Hammond等人（2013年）观察到，纳米TiO2暴露增加了尾鳍细胞中的凋亡率，并通过线粒体功能障碍和炎症反应抑制了TH依赖的尾部吸收。微粒/纳米颗粒的独特聚集模式和表面电荷分布经常导致与相应金属离子不同的内分泌干扰效应（Shaw和Handy，2011年）。分别研究金属离子和微粒/纳米颗粒对牛蛙TH依赖性变态的内分泌干扰效应是至关重要的，因为一种的影响可能无法预测另一种的影响。然而，很少有研究在同一实验框架内直接比较微粒/纳米颗粒和金属离子暴露的效应。

微塑料是另一类重要的微粒。Malafaia等人（2021年）研究了聚乳酸生物微塑料的长期影响，发现它们在肠道中的积累降低了蝌蚪的摄食效率。在体内降解过程中释放的乳酸单体可能模拟TH拮抗剂，从而抑制变态的启动。暴露的蝌蚪表现出异常的DNA甲基化模式，并伴有thrb下调，将聚乳酸生物微塑料与通过多方面的物理-化学-表观遗传途径介导的TH依赖性变态联系起来。关于微粒/纳米塑料在牛蛙蝌蚪中的研究仍处于初步阶段。鉴于微粒/纳米颗粒的新出现的毒理学特征，未来的研究应优先阐明它们在不同环境条件下的协同/拮抗作用和组合调节机制。

4.3.5. 持久性有机污染物（POPs）
POPs是一类内分泌干扰化学物质，会破坏青蛙的TH稳态，因此需要研究它们对牛蛙变态的影响。常见的POPs包括多氯联苯（PCBs）、多溴联苯醚（PBDEs）、多环芳烃（PAHs）和壬基酚（NP）。PCBs通过抑制合成和竞争性结合受体来干扰TH和视黄醇的代谢，从而干扰变态的启动和进展（Beckett和Petkovich，1999年；Rolland，2000年）。具体来说，PCBs可以降低肝脏中视黄酯水解酶的活性，并抑制卵磷脂视黄醇酰转移酶（Ndayibagira和Spear，1999年）。这导致牛蛙的肝视黄醇储备（RP/ROH比率）下降，间接影响TH信号。此外，视黄酸代谢物的异常积累可能拮抗TH受体功能，导致发育畸形（Boily等人，2009年；Gardiner等人，2003年）。PBDEs及其代谢物通过竞争性结合甲状腺激素转运蛋白或通过葡萄糖醛酸化、硫酸化和脱碘作用抑制T3的合成（Zhou等人，2002年）。PBDEs加剧了TH的干扰，在27°C下导致牛蛙蝌蚪的发育延迟和体重减轻。尽管PBDEs不会改变牛蛙蝌蚪的干物质消化率或氧气消耗率，但它们减少了食物摄入量，从而降低了WGR、产生的能量和肝脏脂质含量（Yahn和Karasov，2021年）。NP通过竞争性结合TH转运蛋白来降低游离T3/T4的生物利用度。在Gosner阶段35–37暴露于NP的牛蛙蝌蚪表现出尾部吸收延迟、后肢发育迟缓和颅骨生长停滞（Sparling，2000年）。总之，POPs对牛蛙的TH稳态有显著影响，强调了研究其变态效应的必要性。

4.3.6. 杀菌剂
三氯生（TCS）和三氯卡班（TCC）常用于水产养殖中作为抗菌剂，TCS在结构上类似于TH。在牛蛙中，TCS在变态期间改变生长和转录反应，这些效应在与T3共同暴露时加剧，导致体重显著减少和早熟变态，并伴有TH响应基因表达的改变（Veldhoen等人，2006年）。特别是，48小时的暴露暂时下调了尾部的thrb表达，同时增加了大脑中thrb和增殖细胞核抗原mRNA的表达（Veldhoen等人，2006年）。用TCS ± T3处理的非洲爪蟾（Xenopus laevis）细胞也表现出thra、thrb和klf9的上调，支持TCS效应在不同两栖动物物种中的相似性（Veldhoen等人，2006年）。TCS的细菌代谢物甲基三氯生（mTCS）比光不稳定的TCS具有更强的环境持久性（Lindstr?m等人，2002年）。在变态期的牛蛙尾鳍细胞中，TCS没有改变TH响应的rlk1和thrb mRNA的表达，但hsp30 mRNA水平增加。相反，mTCS增加了rlk1和thrb mRNA的表达，表明mTCS可能是活性代谢物。此外，TCC下调了rlk1并上调了hsp30，表明其具有类似TH的活性。TCS对牛蛙TH信号通路的干扰证明了其内分泌干扰特性，即使低浓度也足以干扰蝌蚪中的TH介导的信号传导（Hinther等人，2011年）。4.3.7 杀虫剂 杀虫剂在农业生产中被广泛使用，这些化合物表现出不同程度的TH干扰效应。具有TH干扰特性的除草剂包括乙氧氯和阿米特林，它们可以通过干扰TH的合成、代谢、受体功能或基因表达来损害牛蛙蝌蚪的生长和变态。乙氧氯上调了牛蛙蝌蚪大脑和尾鳍中thra和thrb的表达，同时降低了大脑中的thra/thrb比率（Helbing等人，2006年）。相比之下，阿米特林通过减少甲状腺面积和改变thra和dio3的表达来抑制蝌蚪的变态（Grott等人，2023年）。具有TH干扰效应的杀虫剂还包括敌草隆和TFM（3-三氟甲基-4-硝基苯酚），它们通过不同的机制干扰TH信号传导。敌草隆通过TR或TTR结合竞争性地抑制TH信号传导，从而延迟蝌蚪的变态（Ishihara等人，2003年）。相反，TFM通过诱导肝脏UDP-葡萄糖醛酸转移酶活性加速TH的代谢失活，从而降低TH的生物利用度（Kane等人，1993年）。这些发现强调了在牛蛙养殖中平衡杀虫剂效果与变态安全性的必要性。通过整合环境监测数据和生态毒理学评估，可以制定优化的杀虫剂应用和管理策略，以减轻对牛蛙蝌蚪的发育影响。4.4 水分供应 对蝌蚪来说，水分供应是最重要的环境信号之一。水位下降引起的干旱压力会促使青蛙加速从水生环境向两栖环境转变，以逃避恶化的环境条件；这会缩短变态时间（Denver，1997b年）。水位下降还会导致存活率降低、变态后体型减小以及氧化应激增加（Boone和Semplitsch，2002年；Crump，1989年；Knight，2023年；Loman，2002年；O'Regan等人，2014年；Ohmer等人，2023年）。这种环境信号通过HPT/HPI轴转化为表型反应。例如，随着水位下降，应激诱导的CRF水平升高，进而促进TH和CS的分泌（Denver，1997a年，1998年；Gomez-Mestre等人，2013年）。HPT轴活性的增强调节下游的TH响应基因，从而加速变态。水位下降会增加蝌蚪血液和肝脏中的TH水平，并上调典型的TH响应基因表达（例如thra和thrb）（Johansson等人，2013年；Gomez-Mestre等人，2013年）。此外，肝脏特异性的TH响应转录本（例如cps1）也表现出显著变化（Johansson等人，2013年）。在实际生产中，需要平衡干旱压力引起的加速变态的好处与这些负面影响。然而，关于水位下降对牛蛙蝌蚪TH通路调节的影响研究较少，尽管已经证明了干旱对北方豹蛙（Rana pipiens）（Denver，1997b年）、普通蛙（R. temporaria）（Johansson等人，2013年；Loman，2002年）和南方豹蛙（R. sphenocephala）（Ohmer等人，2023年）MMR的影响。需要进一步的研究来全面了解水分供应对牛蛙蝌蚪生长和发育的影响，以优化水产养殖策略。在大多数情况下，保持每升水1-2只个体的饲养密度并根据生长情况调整这一密度有助于减少与压力相关的损失，同时维持较高的MMR，从而最大化经济效益。此外，进一步探索水位波动通过表观遗传或代谢途径调节TH信号传导的机制对于增强我们对干旱压力如何影响牛蛙变态的理解至关重要。4.5 潜在捕食者 全球已鉴定出超过1300种食同类的物种。在营养匮乏的情况下，食同类现象在动物界很常见。牛蛙的食欲通常被描述为“贪婪的”，在野生种群中，较小的同类或其他蛙类构成了较大个体的主要食物来源（高达80%）（Stefan，2023年）。在人工饲养的群体中，由于同一养殖群体内的生长异质性，较大的个体可能会捕食或对抗较小的同类（Flores-Nava和Vera-Mu?oz，1999年）。尽管适当的喂养和分级可以缓解这一现象，但由于食同类造成的经济损失仍然难以完全消除。为了存活到变态阶段，许多物种采用了不同的抗捕食策略，包括行为、生理和形态适应（Benard，2004年；Relyea，2007年）。这些反应通常是物种特异性的，难以预测。最佳策略通常是尽量减少与捕食者的接触。由于大多数青蛙是视觉捕食者，减少运动活动可能会降低捕食风险，但代价可能是代谢和发育速度的延迟（Relyea，2007年）。另一种策略是通过应激诱导CRF分泌来激活HPT/HPI轴，在较小的体型下启动变态，从而缩短蝌蚪阶段的时间（Relyea，2007年）。许多蛙类变态模型已经预测并验证了这些不同的策略（例如，在Bufo americanus和Rana sylvatica中（Petranka和Hayes，1998年；Relyea，2001年，2002年））。然而，关于牛蛙的类似实证数据仍然缺乏，尤其是在人工饲养条件下。未来的研究应该阐明当牛蛙蝌蚪受到较大同类威胁时的TH反应，以便优化资源分配并减少养殖过程中的环境压力。5. 水产养殖中的潜在应用和未来趋势 5.1 牛蛙养殖中变态的当前应用 近年来，关于牛蛙养殖中变态的研究有所扩展，包括遗传学、饮食、TH调节和环境控制等策略，以调节生产指标，如蝌蚪存活率、WGR和MMR。遗传学是控制牛蛙变态期间生长和发育的主要因素。Xu等人（2024年）报告称，牛蛙体重的遗传力始终超过0.4，并且随着发育的进展逐渐下降，而MMR的遗传力为0.18 ± 0.20。这表明可以通过遗传干预来调节牛蛙蝌蚪的体重和MMR。对生长性状的遗传力及其与MMR之间相关性的分析表明，较大的蝌蚪具有更高的存活率和抗压能力，尤其是在变态后（Xu等人，2024年）。因此，选择早期WGR较高的蝌蚪作为主要养殖目标可以提高MMR和变态后的存活率。营养管理是影响牛蛙养殖中变态的关键因素。多项研究试图确定牛蛙的最佳蛋白质摄入量。蛋白质含量在42.49%到46.50%之间，脂质含量在10.72%到11.08%之间，可以最大化蝌蚪的WGR、MMR和T4水平，同时增强肝脏的总抗氧化能力和过氧化氢酶活性。较低的蛋白质和脂质含量会降低WGR并延迟变态，而过量的蛋白质和脂质则会降低代谢效率（Gao等人，2024a年，2024b年）。Zhu等人（2024b年）证明，蛋白质（40%）和脂质（7%）的平衡组合显著改善了蝌蚪的WGR、MMR和肝脏酶活性。适当的蛋白质水平不仅增加了蝌蚪变态前后的平均体重，还增强了肠道微生物多样性（Zhu等人，2024b年）。总之，保持蛋白质和脂质的平衡摄入对于促进牛蛙蝌蚪的生长和发育以及维持其生理健康至关重要。此外，探索不同蛋白质和脂质来源对变态结果和激素效应的差异可能提供有价值的见解（Ding等人，2025年；Li等人，2025年）。未来的研究应进一步探讨变态期间营养物质的消化、吸收和代谢的具体作用。蝌蚪的饲养环境影响MMR和变态进程。除了之前提到的温度和其他条件外，饲养池的颜色也对生长、发育和生化反应有显著影响（Reis等人，2024年）。在蓝色或黑色饲养池中饲养的蝌蚪比在白色饲养池中的蝌蚪变态进程更快。值得注意的是，在蓝色饲养池中的蝌蚪表现出更高的WGR、特定生长率、生长均匀性和变态期间的饲料效率，这对于减少种内竞争和食同类行为至关重要（Reis等人，2024年）。5.2 TH信号作为变态的分子指标 TH信号在牛蛙变态调节中的不可或缺的作用使其成为变态过程的分子指标，并为进一步理解和操控TH相关生物过程提供了前提。通过监测TH信号来指示变态进程，可以分析其在不同环境条件下的表达模式。血浆TH水平的可用性、TH响应转录本的丰度以及相关的组织学、生理和生化变化可以更精确地指示变态过程，从而增强对形态转变、器官重塑、代谢和免疫的理解。现有的方法能够及时检测影响TH依赖性变态的环境因素，并准确捕捉体内动态（Pickford，2010年）。已建立的细胞系和无血清器官培养系统（例如，培养的尾鳍和背部皮肤）为研究TH介导的效应提供了强大的平台（Austin Hammond等人，2016年；Hinther等人，2010a年，2012年；Veldhoen等人，2015年；Wojnarowicz等人，2013年）。值得注意的是，器官培养保留了三维组织结构，同时便于重复测量，包括快速评估TH依赖性的基因表达变化，从而补充了传统的形态学和组织学评估（Veldhoen和Helbing，2001年）。基因表达的变化通常发生在变态期间的形态变化之前，因此非致命的分子采样方法（例如，尾鳍活检）结合RNA-seq分析提供了一种敏感和及时的方法来评估变态轨迹。这种策略特别适用于需要重复测量的长期研究（Hinther等人，2010b年）。将形态特征与qPCR、DNA微阵列和RNA-seq分析相结合表明，受环境信号调节的组织特异性基因表达在TH依赖性变态期间表现出敏感性和变异性（Austin Hammond等人，2016年；Helbing等人，2007年；Veldhoen等人，2014年）。近年来，在阐明牛蛙的基因组（Hammond等人，2017年；Lin等人，2014年；Moon等人，2020年；Wang等人，2024b年）、转录组（Birol等人，2015年；Jackman等人，2018年，2022年；Koide等人，2022年）、代谢组（Luehr等人，2018年；Poulsen等人，2023年）和微生物组（Li等人，2019年；Wang等人，2020年，2021a年，2021b年；Zhu等人，2024a年，2024b年）方面取得了显著进展。多组学在牛蛙机制研究中的广泛应用为全面阐明环境调节的变态分子机制提供了希望。基于这些研究见解，未来的研究应进行系统性的元分析，以探讨TH信号在牛蛙变态过程中的环境效应。5.3 发育可塑性和内部环境与外部环境之间的相互作用 变态的完成标志着牛蛙养殖中脂肪积累阶段的开始。从生产角度来看，总体目标是尽量缩短变态周期，同时最大化变态性能，包括提高MMR、减少蝌蚪的变态时间，以及提高变态后动物的存活率、WGR和繁殖能力（Seixas Filho等人，2017年）。外源性TH对蝌蚪的存活和变态有显著影响。已经进行了大量实验来开发操纵变态的实际策略。适当的激素浸泡或摄入的时间、持续时间和浓度可能对变态产生有益影响，并提高幼体和成体的质量（Ruthsatz等人，2020a年；Zhu等人，2024a年）。然而，这些方法可能会产生较高的成本，并引发关于大规模操作中动物福利的公众担忧（Pittman等人，2013年）。一种更好的方法是阐明牛蛙发育对内源性内分泌生产和外源性环境变化的依赖性，从而提供最佳条件，通过自然过渡促进高质量的变态。为了优化生产效率，通常会消除或最小化自然环境趋势和节奏。然而，如前所述，自然波动和环境条件的周期性对于适当的TH信号传导和早期发育过程的精确协调可能是至关重要的（Kupferberg等人，2022年；Wojnarowicz等人，2013年；Wright等人，1999年；Yuki等人，2024年）。因此，旨在改进和优化支持商业价值牛蛙变态过程的环境条件的研究至关重要。尽管在许多经济和生态上重要的物种中已经广泛研究了环境效应，但在青蛙中的研究仍然相对不足，特别是在机制层面（Yúfera等人，2012年）。这代表了一个关键的知识空白，因为即使环境因素的微小变化也可能改变青蛙及其后代的生理功能和行为（Roessig等人，2004年）。两栖动物幼体的生理可塑性是物种生存和适应环境条件及人为影响的关键机制（Zwahlen等人，2024年）。幼体拥有丰富的未分化细胞类型和器官功能，其变态可塑性可能通过原始生殖细胞的影响在代际间传递（Pittman等人，2013年）。非洲爪蟾（Xenopus spp.）已被确立为研究两栖动物中甲状腺激素（TH）信号传导的标准模型。然而，它们的特定特征和适应性反应不能完全推广到牛蛙。因此，需要对牛蛙中的候选基因进行功能注释，以阐明与模型生物不同的新功能。关于环境信号如何在从幼体到幼年阶段的转变过程中转化为体细胞信号的信息仍然缺乏（Ronnestad等人，2013年）。关于牛蛙中TH介导的变态过程，仍有几个重要的研究问题尚未解决：（1）变态过程中环境敏感性的基因型依赖性决定因素；（2）关键调控基因的鉴定；（3）控制表型可塑性的表观遗传过程（Pittman等人，2013年）。变态过程受到环境波动、人为变化以及多种生物组织水平上的适应性反应的影响，这些因素可以独立或协同作用。更具体地说，包括发育时间或TH信号传导下人为干扰的长期实际后果在内的环境可塑性表观遗传调控因子需要进一步研究。全面了解蝌蚪阶段的微妙环境适应，并通过环境调节有针对性地操作HPT/HPI轴，可能会为加速和同步牛蛙变态提供策略性见解。

有大量证据表明，个别环境因素对牛蛙变态过程中的TH信号传导有影响。然而，在培养系统中，温度、光照周期、密度和水质之间存在复杂的相互作用（Aguirre-Becerra等人，2018年）。此外，环境压力因素和化学物质的共同作用可能会引发不可预测的反应，因为它们可以改变毒性阈值或蝌蚪对其他压力因素的反应性（表3）。一个著名的例子是高温诱导的变态加速，这种加速可能因同时暴露于化学物质而减弱或加剧。除草剂特布津（tebuthiuron）在高温下会干扰TH信号传导，导致变态中的牛蛙蝌蚪体重减轻和甲状腺功能受损（Grott等人，2022年）。同样，阿米特林（ametryn）在高温下会通过减少甲状腺面积和改变thra、thrb和dio3等TH响应基因的表达来损害HPT轴（Grott等人，2023年）。Freitas等人（2016年）证明，在34°C下暴露于除草剂敌草隆（diuron）及其代谢物3,4-DCA比在28°C下更能引发强烈的促变态反应。这种共同作用可能解释了牛蛙变态加速的原因。某些化学物质还可以覆盖温度依赖性的变态时间调节，迫使越冬阶段的蝌蚪提前开始变态，这在低温下可能是致命的。Hammond等人（2015b）研究了布洛芬（ibuprofen）和TCS在变态前对TH反应的影响。在5°C下暴露48小时后进行的培养背部皮肤测定显示，这两种化学物质都增加了klf9的表达，表明它们干扰了冷诱导的TH分子记忆的建立。鉴于培养系统中环境因素和化学物质不可避免地同时存在，需要进行多压力因素研究以阐明它们的生物学意义。日益加剧的环境变化和增加的水生化学物质负荷也要求研究化学物质单独或协同调节TH信号传导途径的机制成为研究重点。

表3. 报告化学物质和温度对经历自然和TH诱导变态的牛蛙蝌蚪影响的研究摘要信息
| 研究类型 | 处理方法 | 结果 | 参考文献 |
|-------------|------------------|------------------|-------------------|
| 实验 | 16天幼体暴露于32°C + TBU | 变态和TH响应基因 | Y↑ | MMR和DTF↓ | BW↓ | thrb在肝脏中 | Grott等人（2022年） |
| | 16天幼体暴露于32°C + TBU | 变态和TH响应基因 | Y↓ | MMR和NTF↑ | BW和DTF↑ | Grott等人（2022年） |
| | 16天幼体暴露于32°C + AMT | 变态和TH响应基因 | Y↓ | MMR、E2和TGA↓ | thra、thrb和dio3在肝脏中 | Grott等人（2023年） |
| | 16天幼体暴露于32°C + AMT | 变态和TH响应基因 | Y↓ | MMR、E2和TGA↓ | dio3在肝脏中 | Grott等人（2023年） |
| | 7天幼体暴露于34°C + 敌草隆 | 变态、激素水平和TH响应基因 | Y↑ | MMR和T3↑ | thra、thrb、dio2、dio3和klf9在肝脏中 | Freitas等人（2016年） |
| | 7天幼体暴露于34°C + 敌草隆 | 变态、激素水平和TH响应基因 | Y↑ | MMR和T3↑ | dio2、klf9和thibz在肝脏中 | Freitas等人（2016年） |
| | 7天幼体暴露于34°C + 3,4-DCA | 变态和TH响应基因 | Y↑ | MMR↑ | thra、dio2和dio3在肝脏中 | Freitas等人（2016年） |
| | 7天幼体暴露于34°C + 3,4-DCA | 变态和TH响应基因 | Y↑ | MMR↓ | T3↑ | dio2和dio3在肝脏中 | Freitas等人（2016年） |
| | 7天幼体暴露于5°C + 布洛芬 | TH响应基因 | T3↑ | klf9在C-皮肤中 | Hammond等人（2015b） |
| | 7天幼体暴露于5°C + TCS | TH响应基因 | T3↑ | klf9在C-皮肤中 | Hammond等人（2015b） |

5.4. 化学物质和温度的影响
已有大量证据表明，个别环境因素对牛蛙变态过程中的TH信号传导有影响。然而，在培养系统中，温度、光照周期、密度和水质之间存在复杂的相互作用（Aguirre-Becerra等人，2018年）。此外，环境压力因素和化学物质的共同作用可能会引发不可预测的反应，因为它们可以改变毒性阈值或蝌蚪对其他压力因素的反应性（表3）。一个典型的例子是高温诱导的变态加速，这种加速可能因同时暴露于化学物质而减弱或加剧。除草剂特布津在高温下会干扰TH信号传导，导致变态中的牛蛙蝌蚪体重减轻和甲状腺功能受损（Grott等人，2022年）。同样，阿米特林在高温下会通过减少甲状腺面积和改变thra、thrb和dio3等TH响应基因的表达来损害HPT轴（Grott等人，2023年）。Freitas等人（2016年）发现，在34°C下暴露于除草剂敌草隆及其代谢物3,4-DCA比在28°C下更能引发强烈的促变态反应。这种共同作用可能解释了牛蛙变态加速的原因。某些化学物质还可以覆盖温度依赖性的变态时间调节，迫使越冬阶段的蝌蚪提前开始变态，这在低温下可能是致命的。Hammond等人（2015b）研究了布洛芬和TCS在变态前对TH反应的影响。在5°C下暴露48小时后进行的培养背部皮肤测定显示，这两种化学物质都增加了klf9的表达，表明它们干扰了冷诱导的TH分子记忆的建立。鉴于培养系统中环境因素和化学物质不可避免地同时存在，需要进行多压力因素研究以阐明它们的生物学意义。不断加剧的环境变化和增加的水生化学物质负荷也要求研究化学物质单独或协同调节TH信号传导途径的机制成为研究重点。

5.5. 基因改良策略以操纵基因型-环境相互作用
牛蛙养殖可以在不同的环境条件下进行。基因型-环境（G × E）相互作用衡量基因表达在不同环境中的变化（Falconer和Mackay，1996年；Gjedrem，2004年）。不同的基因型可能对环境变化有不同的反应，导致基因型重新排序，这意味着一个基因型在一个环境中的表现可能不是在另一个环境中的最佳表现（Lynch和Walsh，1998年）。基因型重新排序减少了目标性状的遗传增益的实际效果，表明在TH信号传导的基因改良中应考虑G × E相互作用（Jiang等人，2024年）。此外，在多种环境中操纵TH响应基因可能有利于牛蛙在多种条件下的变态。

5.5.1. 杂交
群体选择可以快速改善目标发育性状。然而，仅基于最佳发育表现选择个体而不考虑谱系信息可能会导致潜在有价值的等位基因和加性遗传变异的丧失。这将对种群表现和生产性状产生显著的负面影响，从而导致近交衰退（Jiang等人，2024年）。目前的牛蛙地理种群正在经历近交衰退，这可能导致TH信号传导相关生产性状的下降（例如，WGR、MMR和抗逆性）（Ayala-García等人，2020年；Jorgewich-Cohen等人，2022年）。种内杂交为通过增强品系内的加性遗传变异和品系间的非加性遗传变异来改善牛蛙的TH响应基因型提供了机会。例如，具有不同生产表现的地理不同牛蛙品系之间的杂交可以增强遗传多样性。这种策略旨在同时提高生产力和遗传多样性，最终培育出适应生产需求的快速变态品系。杂交育种在增强牛蛙的TH相关性状方面具有巨大潜力。通过选择近交系和杂交精英近交系，可以实现生长迅速和变态加速的优质牛蛙品种。未来，可以利用分子标记辅助选择来促进杂交育种，针对TH响应性状进行选择。这种方法涉及使用扩增片段长度多态性、简单序列重复和单核苷酸多态性等与目标性状相关的基因来识别紧密连接的分子标记。随后，这些标记可用于检测目标基因并构建牛蛙的遗传连锁图谱，从而优化选择育种策略。

5.5.2. 基因组选择
基因组选择通过计算分布在整个基因组中的高密度标记的效果来估计育种值，从而捕获目标性状的更大比例的遗传变异（Song等人，2023年；You等人，2020年）。基因组选择是一种利用高密度遗传标记预测个体表型的有效方法，特别是对于遗传力低或测量成本高的性状。它需要高质量的参考基因组和全基因组标记信息。特别是，已经使用基因组和转录组资源验证了TH诱导的转录变化在牛蛙中的存在（Birol等人，2015年；Hammond等人，2015a，2017年；Lin等人，2014年；Luehr等人，2018年）。然而，涉及全基因组关联研究的研究仍然有限（Wang等人，2024b）。因此，继续开发牛蛙的单核苷酸多态性阵列对于促进多基因性状的基因组选择策略的测试是必要的。

5.5.3. 基因组编辑
近年来，基因技术的进步将靶向基因编辑技术（如CRISPR/Cas9系统）整合到了选择育种计划中。这些进步有助于识别与理想性状相关的特定基因，从而可能加速有价值发育特征的遗传改良。使用鱼类和两栖动物模型的研究探索了HPT/HPI轴对从幼体到幼年过渡期间形态和器官成熟的影响（Brown，1997年；Liu和Chan，2002年）。基因编辑已被用于在非洲爪蟾中建立各种TH响应基因的敲除模型（Buchholz和Shi，2018年；Nakajima等人，2019年，2020年；Sachs，2015年；Shi，2021年；Wen和Shi，2016年；Yen，2015年）。例如，结合的甲状腺激素受体对于组织特异性的MMR、变态完成和幼体存活至关重要（Buchholz等人，2003年，2004年，2006年；Das等人，2002年；Nakajima和Yaoita，2003年；Puzianowska-Kuznicka等人，1997年；Schreiber和Brown，2003年；Schreiber等人，2001年）。类固醇激素通过糖皮质激素受体的信号传导也对变态过程中的TH信号传导和存活至关重要（Bonett等人，2010年；Shewade等人，2020年；Sterner和Buchholz，2022年；Sterner等人，2020年）。这些研究为理解TH通路在非洲爪蟾发育中的作用提供了新的视角，支持TH信号传导在两栖动物变态中的关键作用。应用基因组技术识别影响HPT/HPI轴的功能基因可以缩短世代间隔并提高育种效率，同时避免公众对激素使用的担忧。尽管在非洲爪蟾中识别相关基因方面取得了显著进展，并且有现有数据支持TH通路在两栖动物和其他脊椎动物中的保守功能，但这些研究主要集中在生物医学目的上，而不是性状优化。此外，这些结果在牛蛙中的一致性仍有待验证。到目前为止，还没有关于经过基因编辑后培育和成熟的牛蛙的报道。将基因编辑整合到牛蛙种子生产中仍处于早期阶段，缺乏高效的牛蛙基因编辑技术和系统是一个限制因素。由于牛蛙卵子体积大且卵胶层厚，牛蛙的基因编辑可能与鱼类和非洲爪蟾不同。研究需要进一步开发方法以实现牛蛙变态机制的精确操纵。

6. 总体讨论
仅仅关注牛蛙变态过程中的TH信号传导可能过于简化，因为它没有考虑到环境介导的代谢和发育转变。皮质类固醇或其他激素途径（如催乳素）可能与THs一起发生变化。这些激素是代谢和发育转变的主要调节因子，但在大多数研究中尚未进行测量（Denver，2009年；Kikuyama等人，1993年，2023年；Kulkarni和Buchholz，2014年；Sachs和Buchholz，2019年）。此外，了解单一环境因素的影响是重要的，但同样重要的是考虑培养过程中经历的许多环境变量。牛蛙蝌蚪饲养系统包含各种环境信号，这些信号可能由于协同或拮抗作用而放大或减弱效应。这一领域的研究仍处于初步阶段。因此，阐明主要激素途径和多种环境因素对代谢和发育转变的微调是未来研究的关键方向。THs根据环境调节牛蛙从蝌蚪到幼年的转变。这引出了一个重要概念，即对于每一代来说，THs在牛蛙通过变态进行局部环境适应中起着关键作用。这一观点得到了许多其他鱼类和两栖动物物种的研究支持（Besson等人，2020年；Roux等人，2023年），表明当TH信号在基因水平上发生变化时，种群可以通过TH途径的调节来适应环境（Kitano和Lema，2013年；Kitano等人，2010年）。如果我们旨在更好地了解THs（甲状腺激素）如何响应环境并促进牛蛙的适应性，那么对TH依赖的变态过程进行基因操作应该成为优先事项。已经建立了专门的繁殖设施，并制定了若干培养实践标准，旨在为TH途径的遗传改良奠定基础（Cribb等人，2013年；Lutz和Avery，1999年；Olvera-Novoa等人，2007年）。然而，目前仍缺乏系统改良的牛蛙品系，常见的繁殖方法仅限于从不同农场获取雄性和雌性个体以减少近亲繁殖，而不是提供专门的遗传支持（Ribeiro和Toledo，2022年）。与家畜、家禽和农作物相比，牛蛙仍处于驯化的早期阶段，这意味着它们具有更高的遗传多样性，可以从多样化的基因库中选择和优化特定性状。因此，开发标准化的遗传和动物管理研究以缩短牛蛙的变态时间对于提高生产性能至关重要。

7. 结论

THs调节变态过程，包括代谢率（MMR）和变态时间，以平衡能量需求高的代谢协调、器官转化和体细胞生长。换句话说，THs确保牛蛙的代谢和发育转变能够适应环境。必须整合THs的代谢和变态功能，使蝌蚪能够在动态复杂的环境中转变为幼蛙。然而，这一观点需要明确的实验数据来支持。未来的研究应探讨THs的影响是否与其途径应如何变化以促进牛蛙对环境条件的发育转变相一致。我们的实验室和其他研究机构正在积极努力提供此类数据。

当前牛蛙养殖面临的挑战和机遇可以通过未来的G × E（基因×环境）分析来解决，这些分析应包括TH途径与营养、温度、光照周期、水位和同类相食之间的关系。为了实现这一目标，整合遗传育种技术至关重要，将传统育种技术与全基因组选择育种和基因编辑技术相结合，并改进繁殖控制和孵化场种子生产技术。我们希望这篇关于TH信号介导的变态过程及其环境原因的综述能够鼓励持续关注牛蛙胚胎后期的发育调控。

**作者贡献声明**

何英林：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、软件使用、研究、数据可视化。
丁浩：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、软件使用、研究。
舒瑞：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
徐超：数据可视化、软件使用。
曾芳：数据可视化、研究。
陈世军：数据验证。
雷晓婷：软件使用。
张浩天：研究。
林婉静：数据可视化。
毛炳宇：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。
杨慧荣：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。

**资助信息**

本研究得到了中山市省级科技专项资金项目（重大专项+任务清单管理模式）（2021SDR003、2022SDR001、2023SDR006）、广东省林业科技创新项目（2021KJCX012、2022KJCX019）、中华人民共和国农业农村部农产品质量与安全风险评估项目（GJFP20244088）、“百千万”工程第二轮农村科技特派员项目（KTP20240658）、广东省自然科学基金（2025A1515010649）以及广东省重点领域研发计划（2021B0202030002）的支持。