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編譯：羅睺，編輯：十九、江舜堯。

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本研究的目的是評(píng)估暴露在原始聚乙烯微塑料中對(duì)斑馬魚(yú)發(fā)育生理的影響（即在孵化后的前兩周內(nèi)）。研究者將卵和幼魚(yú)暴露在聚乙烯混合物中（10-45μm）。在隨后的2周的微塑料（Microplastics，MP）暴露中，研究者監(jiān)測(cè)了MP的累積、孵化率、死亡率、生長(zhǎng)和代謝。此外，為了更好地了解MP暴露對(duì)預(yù)測(cè)的分子途徑的影響，評(píng)估了暴露于不同MP劑量的2天和14天對(duì)整個(gè)動(dòng)物的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)?？偟膩?lái)說(shuō)，研究結(jié)果提供了一些關(guān)于微塑料對(duì)模型淡水脊椎動(dòng)物物種的影響的見(jiàn)解，并且可以讓研究人員更好地評(píng)估這種普遍存在的污染物的一些生理生態(tài)效應(yīng)。

早期發(fā)育：第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是在高濃度的微塑料中以0dpf開(kāi)始培育斑馬魚(yú)胚胎 (20mg/L）。已知許多有毒物質(zhì)在發(fā)育胚胎和幼魚(yú)中具有害作用，研究者監(jiān)測(cè)了暴露于MP的斑馬魚(yú)的死亡率、孵化率和發(fā)育率。在熒光燈下定期檢查未受損傷的胚胎表明，MP顆粒無(wú)法穿過(guò)絨毛膜。此外，在24小時(shí)內(nèi)暴露于MP不會(huì)影響死亡率，并且在發(fā)育的前5天對(duì)孵化率沒(méi)有實(shí)質(zhì)性影響（圖2）?？紤]到斑馬魚(yú)絨毛膜孔的相對(duì)大?。?lt;1μm），以及本實(shí)驗(yàn)中使用的MP顆粒的數(shù)量級(jí)較大（10-45μm），因此不影響孵化前的胚胎。此外，最近對(duì)小到足以穿透絨毛膜的原始塑料納米顆粒的毒理學(xué)效應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)這些顆粒對(duì)胚胎早期死亡或孵化成功的影響很小，因此似乎納米/微塑料整體對(duì)斑馬魚(yú)最早生命階段的影響微乎其微。

MP積累與幼魚(yú)生長(zhǎng)：在發(fā)育的前5天，研究者繼續(xù)對(duì)幼魚(yú)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以評(píng)估它們開(kāi)始積累MP的發(fā)育點(diǎn)。廣泛篩選（約9個(gè)板，70個(gè)胚胎/個(gè)）表明斑馬魚(yú)幼魚(yú)只開(kāi)始積累微珠在約5dpf，與開(kāi)始在這個(gè)物種的外源性喂養(yǎng)一致。鑒于這些觀察結(jié)果，以下一系列MP暴露開(kāi)始于5dpf，然后轉(zhuǎn)移到能夠獲得外源食物的幼魚(yú)飼養(yǎng)燒杯中。有趣的是，在多個(gè)實(shí)驗(yàn)中，注意到在觀察到的所有發(fā)育階段（5-19dpf），MP只存在于魚(yú)的胃腸道中（見(jiàn)圖1）。這與使用納米塑料的研究形成對(duì)比，后者表明塑料在多個(gè)組織中積聚。然而，可以將這種差異歸因于MP的大小差異，因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)中的MP在μm水平，因此不太可能穿過(guò)上皮膜。有趣的是，另一項(xiàng)研究表明，在成年斑馬魚(yú)中，同樣大小和濃度的MP不僅在內(nèi)臟中積累，而且在鰓組織中也積累，研究者在任何處理中都沒(méi)有觀察到。這可能是由于幼魚(yú)和成年斑馬魚(yú)鰓的基本生理差異，斑馬魚(yú)鰓直到14DPF（在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí))才完全發(fā)揮作用。因此，這兩個(gè)生命階段之間積累的差異可能是由于暴露于功能性鰓的時(shí)間相對(duì)較短（5天），以及在整個(gè)個(gè)體發(fā)育過(guò)程中，特別是幼魚(yú)和成年魚(yú)之間，鰓的功能和依賴(lài)性發(fā)生了很大變化。

當(dāng)斑馬魚(yú)在5dpf暴露于MP時(shí)，研究者觀察到動(dòng)物中MP的劑量依賴(lài)性累積（圖3）。實(shí)際上，在每個(gè)取樣點(diǎn)記錄到的熒光量，20mg/L處理組是5mg/L的兩倍。而且在最高劑量下，魚(yú)不會(huì)積累更多的顆粒，并且是“飽和的”，或者可能表明熒光分析本身的局限性。然而，結(jié)果表明，斑馬魚(yú)幼魚(yú)持續(xù)攝取MP，但由于缺乏時(shí)間尺度上的積累，它們完全有能力排出MP。許多種類(lèi)的脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物與斑馬魚(yú)類(lèi)似，能夠控制MP的分泌，從而防止腸道阻塞和其他胃腸道功能障礙。

研究者監(jiān)測(cè)整個(gè)暴露期間幼魚(yú)的生長(zhǎng)和存活率，這兩個(gè)重要的生理變量在這一關(guān)鍵時(shí)期的發(fā)展。總的來(lái)說(shuō)，1dpf后的存活率在98%以上，并且在任何處理之間沒(méi)有差異。幼魚(yú)體型大小預(yù)計(jì)會(huì)隨著幼魚(yú)年齡的增長(zhǎng)而增加，但兩種處理之間似乎沒(méi)有任何差異（圖4）。關(guān)于MP對(duì)幼魚(yú)發(fā)育影響的報(bào)道很少，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、種類(lèi)和研究中的MP，結(jié)果各不相同。例如，雖然MP對(duì)斑馬魚(yú)幼體的宏觀影響似乎很小，但暴露于MP的幼體鱸魚(yú)死亡率隨著MP劑量的增加而增加，但其生長(zhǎng)率同樣未受影響。相比之下，MP對(duì)海膽幼魚(yú)的生長(zhǎng)和存活影響有限，而對(duì)腹足類(lèi)紅鱗魚(yú)幼魚(yú)的生長(zhǎng)有負(fù)面影響。

呼吸測(cè)量:由于生長(zhǎng)速度似乎相對(duì)不受實(shí)驗(yàn)條件的影響，研究人員推測(cè)幼魚(yú)生理的其他方面，即新陳代謝，將受到腸道中MP積累的負(fù)面影響。事實(shí)上，如果MP的積累影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收或GIT功能的其他方面，人們會(huì)期望能量平衡有一個(gè)不同的分配，也就是說(shuō)，如果要保持生長(zhǎng)速度，其他代謝支出應(yīng)該減少。為了研究這一點(diǎn)，作者對(duì)實(shí)驗(yàn)中不同發(fā)育階段的所有生長(zhǎng)的幼魚(yú)進(jìn)行了全動(dòng)物呼吸測(cè)定。從受精中獲得的MP魚(yú)在7dpf時(shí)的耗氧量有顯著但短暫的減少（近50%）（圖5）。這些影響似乎只是暫時(shí)的，因?yàn)楹难趼逝c對(duì)照組（12dpf）相比無(wú)顯著差異（圖5）。當(dāng)斑馬魚(yú)從5dpf開(kāi)始在MP水中飼養(yǎng)時(shí)，在整個(gè)發(fā)育期間的耗氧量沒(méi)有顯著變化（圖5）。因此，MP暴露可能會(huì)影響一些MP處理的幼魚(yú)的耗氧量。不同處理間的時(shí)間差異也許可以解釋為，從受精中飼養(yǎng)的斑馬魚(yú)一旦開(kāi)始外源性喂養(yǎng)（~5dpf）就可以開(kāi)始攝入MP，從而表現(xiàn)出早期反應(yīng)，采樣可能錯(cuò)過(guò)了其他MP處理的時(shí)間窗。目前使用的呼吸測(cè)量系統(tǒng)可能并不能如實(shí)估計(jì)動(dòng)物的常規(guī)代謝率，幼魚(yú)有時(shí)在呼吸室內(nèi)非?；钴S。很少有研究使用呼吸測(cè)量法來(lái)評(píng)估MP對(duì)生理的影響，在橈足類(lèi)動(dòng)物中的一項(xiàng)研究表明MP對(duì)活性代謝率沒(méi)有影響。

基因表達(dá)：高劑量的MP暴露似乎對(duì)發(fā)育中的斑馬魚(yú)幼體的各種生理特性幾乎沒(méi)有影響。然而，最近在不同物種中的一些報(bào)告表明MP暴露具有分子效應(yīng)。研究者探究了MP暴露對(duì)斑馬魚(yú)的分子基礎(chǔ)?？偟膩?lái)說(shuō)，MP處理的幼體主要在2天的時(shí)間點(diǎn)表現(xiàn)出顯著的基因表達(dá)差異，而第14天的暴露產(chǎn)生了更少的DEG。GO注釋結(jié)果顯示，最顯著的變化與腦發(fā)育、眼和感覺(jué)器官發(fā)育、胚胎和器官發(fā)育、胚胎器官形態(tài)發(fā)生以及頭部發(fā)育等多種發(fā)育程序的下調(diào)有關(guān)。

在每種處理中，功能分析顯示MP幼魚(yú)中最顯著的下調(diào)類(lèi)別與中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)。例如，與中樞神經(jīng)系統(tǒng)各種結(jié)構(gòu)（如乳頭體、中腦、后腦和下丘腦）相關(guān)的發(fā)育基因受到顯著影響（圖6）。此外，MP暴露持續(xù)影響與正常神經(jīng)發(fā)育（樹(shù)突和神經(jīng)發(fā)育）、突觸功能（囊泡周期、囊泡介導(dǎo)的突觸轉(zhuǎn)運(yùn)、突觸組裝）和整個(gè)神經(jīng)過(guò)程（神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞）相關(guān)的轉(zhuǎn)錄本（圖6）。此外，5mg/L處理上，大多數(shù)上調(diào)類(lèi)別與翻譯、核糖體和剪接體功能有關(guān)，表明蛋白質(zhì)合成過(guò)程增加（圖6C）。研究者還進(jìn)行了平行的David和GSEA分析，以證實(shí)這些結(jié)果。

神經(jīng)系統(tǒng)：在所有受MP處理影響的通路中，大部分下調(diào)的DEG與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)（圖6）。研究發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)元功能、神經(jīng)元分化和軸突形成以及視覺(jué)相關(guān)分子相關(guān)的轉(zhuǎn)錄物平均有30%下調(diào)，但目前還不清楚MP影響魚(yú)類(lèi)神經(jīng)生理學(xué)的機(jī)制。

代謝基因：在MP處理的魚(yú)中，一些代謝基因始終受到影響。包括糖酵解途徑（己糖激酶、丙酮酸激酶、肌酸激酶、醛縮酶）、嘌呤代謝（腺苷酸環(huán)化酶）、氧化代謝（ATPase）和賴(lài)氨酸代謝。對(duì)于這些基因中的大多數(shù)，MP處理之間的下調(diào)是一致的，在20 mg/L處理中有更強(qiáng)的作用趨勢(shì)，表明MP處理魚(yú)的細(xì)胞代謝途徑發(fā)生了深刻的變化。在MP幼蟲(chóng)中至少有50%的與氮代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄物和更具體的與尿毒癥發(fā)生和轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)的基因（氨甲酰磷酸合成酶III、鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨酶、谷氨酰胺合成酶、水通道蛋白9b）上調(diào)。這些可能表明增加的蛋白水解促使MP暴露的魚(yú)中的促生途徑的更高活性。綜上所述，MP處理的魚(yú)（尤其是高劑量的魚(yú)）表現(xiàn)出代謝基因表達(dá)的調(diào)節(jié)，并對(duì)多種代謝途徑產(chǎn)生潛在的影響。

微塑料污染在陸地、海洋和淡水環(huán)境中廣泛存在，已經(jīng)成為一個(gè)全球性的問(wèn)題。大多數(shù)動(dòng)物和每一個(gè)營(yíng)養(yǎng)水平都可能受到這種普遍存在的污染物的影響。為了更好地了解微塑料對(duì)淡水脊椎動(dòng)物的潛在影響，研究者將斑馬魚(yú)胚胎和幼體暴露在超生態(tài)濃度的聚乙烯MP中。研究結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)條件下，MP暴露對(duì)發(fā)育中的胚胎和幼體的短期生理水平影響很小。然而，在MP暴露后數(shù)千個(gè)基因表達(dá)發(fā)生短暫變化，但在2周后基本消失。原因可能是暴露發(fā)生在發(fā)育的關(guān)鍵階段，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以基本過(guò)程（如大腦和神經(jīng)分化、新陳代謝）為目標(biāo)，未發(fā)現(xiàn)MP暴露對(duì)動(dòng)物后期的健康狀況的影響。此外，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境條件下，MP通常以更復(fù)雜的混合物的形式存在，因此有必要在更符合實(shí)際環(huán)境的條件下研究MP暴露對(duì)各個(gè)生命階段的影響。以便更好地了解并應(yīng)對(duì)微塑料的潛在威脅。