利用来自海洋环境的海岸鱼类鳃、肝脏和肾脏的组织病理学生物标志物来评估人类健康风险

《Marine Pollution Bulletin》：Evaluation of human health risks using histopathological biomarkers in gill, liver, and kidney of coastal fish species from marine environments

　　阿塔努·帕特拉（Atanu Patra）| 尼拉德里·塞卡尔·蒙达尔（Niladri Sekhar Mondal）| 卡马莱什·森（Kamalesh Sen）| 阿普尔巴·拉坦·戈什（Apurba Ratan Ghosh）
印度西孟加拉邦普尔巴巴尔德马恩（Purba Bardhaman）古拉普巴格（Golapbag）大学环境科学系，邮编713104

**摘要**
沿海生态系统是地球上生产力最高的环境之一，然而它们正日益受到人类活动的严重威胁，导致生态退化，并对食品安全和人类健康构成潜在风险。本研究对从孟加拉湾迪加（Digha）海岸带采集的两种具有商业价值的沿海鱼类（Mystus sp. 和 Mugil sp.）中的有毒金属（PTM）污染进行了综合评估。采用原子吸收光谱法测定了鳃、肝脏、肾脏和肌肉组织中的镉（Cd）、铜（Cu）、锌（Zn）、镍（Ni）、铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）和锰（Mn）的浓度。通过苏木精-伊红（haematoxylin–eosin）染色法评估了鳃、肝脏和肾脏的组织特异性病理变化，并通过估计每日摄入量（EDI）、目标危害商数（THQ）和危害指数（HI）来评估潜在的人类健康风险。

研究结果表明，这些金属在器官中的积累具有显著差异，其中鳃和肝脏的金属负荷最高，其次是肾脏和肌肉组织。在代谢活跃的器官中，金属的积累顺序为：Mn > Zn > Pb > Cr > Ni > Cu > Cd > As；而在肾脏和肌肉组织中则为：Mn > Zn > Ni > Pb > Cr > Cu > Cd > As。在受污染部位观察到严重的病理变化，包括鳃的层状增生和融合、肝细胞变性、肝细胞内出现空泡以及肾小球萎缩和肾小管变性。酶生物标志物的变化表明存在氧化应激和代谢功能障碍，这与病理损伤相一致。镉、砷、铬和锰的THQ及HI值在多个采样点超过了允许限值，特别是在S2和S3站点，这表明长期食用这些鱼类存在潜在的健康风险。不同物种间存在差异，Mystus sp. 的金属积累量高于Mugil sp.。此外，这种综合的生物标志物-病理学-风险评估框架突显了该地区的环境严重恶化情况，强调了持续监测和可持续沿海管理的迫切需求。

**引言**
沿海地区是陆地生态系统与海洋生态系统之间的动态过渡带，在维持生态平衡和人类生计方面发挥着重要作用（Edo等，2024；Filz等，2025）。沿海环境提供了多种生态系统服务，包括生物多样性保护、养分循环、气候调节、旅游、渔业和食品安全，从而对区域和全球经济做出重大贡献（Saengsupavanich等，2024）。由于生物生产力高且易于到达，沿海地区支持着密集的人类聚居区和多样的经济活动（Rodrigues-Filho等，2023；Zhao等，2024）。然而，这些特性也使得沿海生态系统特别容易受到人为压力的影响而发生退化（Rodrigues-Filho等，2023）。

近几十年来，快速工业化、城市扩张、采矿活动、集约化农业实践以及水产养殖和潮间带农业的扩展极大地改变了全球的沿海景观（Saengsupavanich等，2024）。这些活动导致了污染物排放增加、栖息地丧失、富营养化以及物种多样性显著下降，最终威胁到生态系统的恢复力和人类福祉（Ahamad等，2024）。在进入沿海生态系统的各种污染物中，重金属因其持久性、不可生物降解性、长期生物积累潜力以及对水生生物和人类的毒性作用而被视为最严重的环境污染物（Ahamad等，2024；Sefali等，2026）。

重金属如镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、锌（Zn）和镍（Ni）通过自然和人为来源进入海洋环境（Aljahdali和Nour，2025；De Carvalho等，2025；El-Sharkawy等，2025）。自然来源包括岩石风化和火山活动，而人为来源则包括工业废水、污水排放、农业径流、港口作业、航运活动以及大气沉降（Sefali等，2026）。一旦释放到水生系统中，这些金属会在水和沉积物中长期存在，并被水生生物吸收，从而带来长期的生态和健康风险（De Carvalho等，2025；McKenzie等，2007）。与有机污染物不同，重金属无法被降解，并可能随着食物链的传递在更高营养级逐渐积累（Lukman，2023）。

沿海渔业在为沿海人口提供高质量蛋白质、必需微量营养素和经济支持方面发挥着重要作用，尤其是在发展中国家（Albuquerque等，2025；Boyd等，2022）。鱼类和海鲜因其营养价值和价格适中而成为人类饮食的重要组成部分（Barbieri等，2025；Sigmund等，2023）。然而，沿海渔业受到重金属污染引发了严重的食品安全和公共卫生问题（Saengsupavanich等，2024）。长期通过鱼类摄入重金属与多种不良健康效应有关，包括神经系统疾病、肾功能障碍、心血管疾病、免疫抑制和致癌作用（Demelash Abera和Alefe Adimas，2024）。因此，评估可食用鱼类中的金属污染对于确保食品安全和保护人类健康至关重要（Barbieri等，2025；Viana等，2023）。

鱼类因其处于较高的营养级、相对较长的寿命以及能够在组织中积累污染物的能力而被广泛认为是水污染的有效生物指示物（Oros，2025；Samantara等，2023）。鱼类器官中金属的积累模式反映了环境污染的程度，并为了解生态系统健康提供了宝贵信息（Oros，2025；Viana等，2023）。不同鱼类组织对金属的积累能力因生理功能、暴露途径和代谢活动而异（Sharma和Chadha，2024）。鳃、肝脏和肾脏是最敏感且代谢最活跃的器官，因此常被用作生态毒理学研究的目标组织（Abdel-Moneim等，2012）。鳃是呼吸和离子交换的主要场所，直接暴露于水中的污染物。因此，鳃组织通常会对金属暴露产生早期病理反应，包括上皮增生、层状融合、坏死和血管损伤（Sharma和Chadha，2024）。肝脏在代谢、解毒和污染物储存中起核心作用，是评估长期金属暴露的关键器官（Hussain等，2019）。肝脏的病理变化，如肝细胞变性、空泡形成、坏死和窦状血管扩张，是金属毒性的常见指标（McKenzie等，2007）。肾脏负责排泄和调节渗透压，在污染物压力下也会积累金属，并表现出结构变化，如肾小管变性、肾小球损伤和间质炎症（Hussain等，2019）。

病理学分析是评估环境压力对水生生物影响的强大而敏感的工具（Hussain等，2019）。与传统化学分析相比，病理学提供了污染物在细胞和组织水平上的亚致死和慢性影响的直接证据。它能够在群体水平变化之前及早发现毒性影响，从而成为环境健康的有效生物标志物（Iftikhar等，2022）。将病理学观察与金属积累数据结合使用，有助于更好地理解鱼类中的污染物引起的生理压力，并加强生态风险评估（Chiang和Au，2013）。

近年来，印度东部海岸，特别是孟加拉湾沿岸，经历了快速的社会经济发展，导致沿海生态系统承受了更大的人为压力（McKenzie等，2007）。位于印度西孟加拉邦普尔巴梅迪尼普尔（Purba Medinipur）地区的迪加海岸带是孟加拉湾东北部最著名的渔业区和旅游目的地之一（Kar等，2017）。该地区支持着庞大的渔业社区，并通过渔业、旅游业及相关产业为当地生计做出重要贡献（Imsilp等，2025；Samantara等，2023）。然而，无计划的城市化、旅游基础设施的扩张、港口相关活动、未经处理的家庭污水排放和不当废物管理日益恶化了迪加附近海域的环境质量（Imsilp等，2025；Kar等，2017）。最近的研究报告称，该地区的沿海水域、沉积物和海洋生物中的重金属含量升高，突显出日益严重的环境问题（Patra等，2023）。研究发现，迪加海岸的水和沉积物样本中存在金属污染，鱼类中也出现了病理异常（Patra等，2023；Samantara等，2023）。这些发现表明沿海生态系统承受了巨大压力，当地人消费的鱼类可能带来潜在的健康风险（Pandey等，2024）。尽管有这些令人担忧的迹象，但关于该地区重要商业鱼类中金属生物积累、病理学反应和人类健康风险的综合性研究仍然有限（Abalaka，2015；Samantara等，2023）。

人类健康风险评估是环境监测的重要组成部分，尤其是在鱼类构成主要食物来源的地区（Dudiya等，2025）。估计每日摄入量（EDI）、目标危害商数（THQ）和危害指数（HI）等定量指标被广泛用于评估通过鱼类摄入重金属造成的非致癌健康风险（Imsilp等，2024）。这些指标有助于确定金属摄入量是否超过允许限值，并为风险管理及政策决策提供科学依据（Imsilp等，2024；Ray和Vashishth，2024）。将人类健康风险评估纳入生态学研究，有助于弥合环境污染与公共卫生影响之间的差距，为可持续资源管理提供信息支撑（Ahmed等，2024；Alsafran等，2021）。

本研究旨在评估从迪加沿海水域采集的两种具有商业价值的鱼类中的重金属积累程度，并研究鳃、肝脏和肾脏等关键器官中的酶相关病理变化。此外，通过估算检测到的金属的EDI、THQ和HI值来评估食用这些鱼类所带来的潜在健康风险。通过整合化学、生物和健康风险评估，本研究旨在全面了解迪加沿海地区重金属污染的生态和公共卫生影响，并为可持续利用沿海资源制定有效的管理策略和政策干预措施提供支持。

**研究区域描述**
基于人为活动强度和渔业作业情况，选择了迪加沿海地区的四个主要港口区域作为采样点。站点S1（Mohona港口区域；北纬21°38′12″，东经87°34′4″）是一个高度活跃的鱼类卸货区，也是主要的鱼类拍卖中心、鱼类晾干场所以及进出海洋的渔船的主要通道。站点S2（Sankarpur港口区域；北纬21°42′1.4″，东经87°34′04″）周围环绕着密集的人类居住区。

**鳃组织中有毒金属的分布**
不同组织中检测到的有毒金属（PTM）浓度总结见表1和表2。在所检查的器官中，鳃中的金属负荷最高，反映了其直接且持续的暴露于水中的溶解污染物。在Mystus sp. 中，对照组（C1）和污染点（S1和S2）的鳃中镉（Cd）浓度分别为0.03 ± 0.005、5.19 ± 0.46和5.93 ± 0.23 μg g?1（表1；图2，图1）。

**鳃作为金属暴露和生物标志物反应的主要目标器官**
鳃是鱼类中最敏感的器官之一，因为它直接且持续地与水环境接触，是溶解污染物（包括有毒金属（PTM）进入的主要途径。由于需要过滤大量水进行呼吸，鳃组织更容易吸收金属，使其成为环境污染的可靠指标。本研究发现，这两种鱼类的鳃中都积累了大量有毒金属。

**结论**
本研究通过整合金属生物积累、酶生物标志物反应、病理学变化和人类健康风险评估，对孟加拉湾迪加地区的沿海鱼类中的有毒金属（PTM）污染进行了全面评估。研究结果清楚地表明，Mystus sp. 和 Mugil sp. 的鳃、肝脏和肾脏组织对环境中的金属暴露具有高度敏感性，表现出组织特异性的金属积累模式。

**作者贡献声明**
阿塔努·帕特拉（Atanu Patra）：撰写原始草稿、验证、软件使用、资源提供、方法设计、调查实施、数据分析、概念构建。
尼拉德里·塞卡尔·蒙达尔（Niladri Sekhar Mondal）：撰写原始草稿、监督、数据分析。
卡马莱什·森（Kamalesh Sen）：撰写原始草稿、数据分析。阿普尔巴·拉坦·戈什（Apurba Ratan Ghosh）：负责撰写、审稿与编辑工作，以及项目的监督、研究资金筹集和概念构思。
**利益冲突声明**
作者声明：他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

**致谢**
作者衷心感谢西孟加拉邦政府科学技术与生物技术部（DST&BT）通过DST重大项目（项目编号：172(Sanc.)/ST/P/S&T/5G-18/2018，发布日期：2019年2月13日）所提供的财政支持。同时，我们也感谢印度西孟加拉邦布尔德万大学的环境科学系在研究期间为实验室提供的资金支持以及图书馆设施。