氧氟沙星及其对映体干扰黑斑蛙（Rana nigromaculata）早期发育过程中性腺轴的作用机制

《Aquatic Toxicology》：Effect and mechanism of ofloxacin and its enantiomer interfering with the gonadal axis of Rana nigromaculata in early development

　　环丙沙星及其立体异构体对中华大蟾蜍生殖轴的立体选择性效应研究显示，左旋环丙沙星（LEV）通过诱导氧化应激破坏抗氧化酶平衡，抑制雌性卵巢发育和分化，导致雌性数量减少，而右旋体（DEX）作用不显著。分子机制涉及雌激素受体（ER）的特异性结合及E2、CYP19和VTG等关键蛋白的表达调控。本研究为 chirality 效应的生态风险评估提供了新视角。

　　随着人类活动的加剧，抗生素的广泛使用和持续排放导致其在水体环境中的残留浓度不断上升。其中，氧氟沙星（Ofloxacin，简称OF）作为一种手性化合物，因其在水体中的长期存在而受到广泛关注。OF在水体中表现出较低的水解和生物降解能力，且其光降解速率较慢，这些特性使其成为当前研究的热点之一。研究表明，长期暴露于高浓度的OF可能对水生生物产生毒性效应，进而干扰水体生态功能。然而，现有研究多集中于OF对陆生生物、水生微生物、藻类及鱼类的影响，而对其对两栖动物的毒性作用，尤其是慢性或亚慢性暴露下的影响，仍缺乏系统研究。

在自然环境中，两栖动物的生存面临诸多挑战，其中化学污染是破坏其栖息地的重要因素之一。蝌蚪的皮肤具有高度渗透性，某些环境污染物可以通过皮肤进入体内，进而影响其生殖系统的发展、性别分化、配子细胞的生成以及后代胚胎的质量。特别是，两栖动物的生殖系统发育通常始于蝌蚪阶段，这也是性别分化的关键时期。此外，两栖动物在性别分化初期对环境变化极为敏感，这使得它们成为评估环境内分泌干扰物影响的重要生物指标。

内分泌调节系统是维持两栖动物正常生理功能的重要机制，其中下丘脑-垂体-性腺轴（Hypothalamus-Pituitary-Gonad Axis，简称HPGA）是关键组成部分。环境中的内分泌干扰物可能影响HPGA中的调控蛋白或相关转录基因，进而导致性激素分泌异常，影响生殖过程，甚至改变两栖动物的性别比例。因此，性腺分化不仅受到性基因的调控，还与外部因素密切相关，如性激素或其类似物的干扰，可能导致性腺分化和性别比例失衡。

抗生素作为一类重要的环境污染物，其结构和功能可能对内分泌系统产生影响。例如，三氯生（Triclosan）含有与雌激素相似的酚基团，能够导致雌性两栖动物的雄性化。类似地，含有酚基团的头孢类抗生素也会影响小眼鱼（Medaka）的性腺轴。另一方面，β-二酮类抗生素、恩诺沙星（Enrofloxacin）和诺氟沙星（Norfloxacin）的化学结构与OF相似，并已被证实对水生生物具有生殖毒性。此外，已有研究指出，OF在长期暴露下可能影响水生生物的繁殖能力，例如导致水蚤（Daphnia magna）幼体数量显著下降。

本研究选取中国广泛分布的原产蛙类——黑斑蛙（Rana nigromaculata）作为实验对象，通过室内实验探究OF及其手性异构体在早期发育阶段对性腺轴的影响。研究发现，LEV在暴露75天后显著降低了雌性性腺指数，而对雄性性腺指数没有明显影响。这表明LEV可能通过干扰性腺发育和性别分化，对两栖动物的生殖系统产生负面影响。同时，研究还发现，LEV的暴露可能通过影响超氧化物歧化酶（SOD）的活性，降低雌二醇（E2）、芳香化酶（CYP19）和促性腺激素（VTG）的水平，进而影响性激素的分泌平衡。

通过GO和KEGG富集分析，研究揭示了LEV和OF在性腺发育过程中表现出不同的作用机制和影响效果。LEV主要通过氧化应激途径影响性腺发育，而OF可能通过不同的生物过程，如孕酮介导的卵母细胞成熟和促性腺激素的释放与迁移，对性腺轴产生干扰。这些发现表明，手性抗生素在水体中的环境行为和生态效应可能远比传统研究认为的更为复杂。因此，针对手性抗生素的生态风险评估需要更加精细化和系统化的研究方法，以准确识别其对两栖动物等非目标生物的影响。

本研究不仅提供了对手性抗生素生态风险的理论和实践参考，还为两栖动物保护、环境毒理学及风险评估提供了新的科学依据。研究结果强调了手性抗生素在环境中的潜在危害，特别是在影响两栖动物的性别分化和生殖功能方面。此外，研究还发现，尽管在表观水平上未显示出明显的性别比例变化，但OF可能具有潜在的去雌化效应，这需要进一步关注和研究。

本研究的发现对于推动水生环境中的抗生素污染治理具有重要意义。首先，手性抗生素在水体中的残留浓度及其对非目标生物的影响需要得到更全面的评估。其次，针对手性抗生素的环境行为和生态效应，应建立更完善的监测和研究体系，以确保生态风险的科学控制。此外，研究结果还表明，两栖动物作为环境监测的重要生物指标，其生殖系统的健康状况与环境质量密切相关，因此，保护两栖动物的栖息环境对于维护生态平衡具有重要作用。

在实验方法上，本研究采用室内实验的方式，通过控制暴露条件，模拟自然环境中的抗生素污染情况。实验过程中，研究人员对蝌蚪的适应性培养进行了详细记录，确保实验结果的可靠性。通过观察性腺指数、性别比例和性腺组织病理学变化，研究人员能够准确评估OF及其异构体对性腺发育的影响。实验结果表明，LEV在暴露75天后显著降低了雌性性腺指数，而对雄性性腺指数没有明显影响，这可能与LEV对雌性性腺发育的抑制作用有关。

此外，研究还发现，LEV的暴露可能导致氧化应激的过度积累，进而影响性激素的分泌平衡。这一机制可能与LEV对性腺轴中关键蛋白的调控有关，如促性腺激素的释放和迁移。研究结果表明，LEV可能通过干扰性腺轴的正常功能，影响两栖动物的生殖过程。而OF虽然在表观水平上未显示出明显的性别比例变化，但其潜在的去雌化效应仍值得进一步关注。

本研究的结论不仅为手性抗生素的生态风险评估提供了新的视角，还为两栖动物保护和环境毒理学研究提供了重要的理论支持。研究结果表明，手性抗生素在水体中的残留及其对非目标生物的影响需要得到更深入的探讨。同时，研究还发现，不同手性异构体在环境中的行为和生态效应可能存在差异，这需要进一步研究以揭示其具体作用机制。

综上所述，本研究通过系统分析OF及其异构体对两栖动物性腺轴的影响，揭示了手性抗生素在环境中的潜在生态风险。研究结果表明，LEV在暴露后可能通过干扰性腺发育和性别分化，影响两栖动物的生殖功能，而OF虽然在表观水平上未显示出明显影响，但其潜在的去雌化效应仍需关注。这些发现为手性抗生素的环境管理提供了科学依据，同时也为两栖动物保护和生态风险评估提供了新的研究方向。