海洋酸化增强了TiO?纳米颗粒对Oryzias melastigma的毒性：尺寸效应在生物累积和肝毒性中的作用占主导地位

《Water Research》：Ocean acidification enhances TiO 2 nanoparticle toxicity in Oryzias melastigma: Dominant role of size effects in driving bioaccumulation and hepatotoxicity

　　海洋酸化（OA）与纳米颗粒（NPs）污染协同作用对海 medaka 的毒性机制研究，发现OA削弱TiO? NPs聚集并降低生物抵抗性，导致肝细胞氧化应激和表观遗传改变，水动力尺寸贡献毒性主导效应58%。

　　海洋酸化（Ocean Acidification, OA）和工程纳米颗粒（Engineered Nanoparticles, NPs）污染是当前全球面临的两个重要环境挑战。随着人类活动的加剧，特别是工业和能源的发展，纳米材料的应用范围不断扩大，导致其在海洋环境中的释放量显著增加。与此同时，自工业革命以来，大气中二氧化碳（CO?）的浓度已从约280 ppm上升至2024年预计的422 ppm，这一变化使得海水的pH值下降，形成了海洋酸化的现象。根据联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的预测，到2300年，海表水的pH值可能会降至7.30至7.40之间。海洋酸化不仅影响海洋生物的生理健康，还可能改变其对环境污染物的响应机制，进而对整个海洋生态系统产生深远影响。

纳米颗粒因其独特的物理化学性质，被广泛应用于工业、能源、医疗和消费领域。然而，这些应用也带来了环境风险，特别是在海洋生态系统中。随着纳米技术的快速发展，纳米颗粒的浓度预计将在未来显著增加，这使得其对海洋生物的潜在影响成为一个亟需关注的问题。目前，关于纳米颗粒与海洋酸化共同作用的研究仍然有限，多数研究集中于碳固定生物，如双壳类贝类和浮游植物，而对于海洋脊椎动物，特别是鱼类的影响则缺乏深入探讨。

海洋酸化对海洋生物的影响是多方面的。它可能导致酸碱平衡紊乱、生长减缓、发育延迟以及免疫功能下降。这些生理变化可能使海洋生物更容易受到纳米颗粒污染的影响。同时，海洋酸化还会影响纳米颗粒在海水中的环境行为，如分散性和悬浮性。研究表明，海水pH值的降低可以减少纳米颗粒的聚集，从而增加其生物可利用性和毒性。这种环境行为的变化可能会改变纳米颗粒对海洋生物的毒性机制。

为了更全面地理解纳米颗粒与海洋酸化共同作用对海洋生态系统的影响，本研究选择了一种新兴的海洋毒理研究模型——海洋斑马鱼（*Oryzias melastigma*）。该物种具有体型小、繁殖周期短、易于饲养、遗传背景清晰以及对环境污染物高度敏感等优点，使其成为研究海洋生物对污染物响应的理想对象。在之前的实验中，我们已经观察到海洋斑马鱼胚胎在海洋酸化条件下对氧化钛纳米颗粒（TiO? NPs）的协同毒性效应。然而，关于成年海洋斑马鱼在长期海洋酸化暴露下的生理反应和毒性机制的研究仍然不足。

本研究旨在探讨在海洋酸化条件下，氧化钛纳米颗粒的分散性和悬浮性变化情况；评估长期海洋酸化暴露对海洋斑马鱼生理健康的潜在影响，包括免疫功能、抗氧化能力等；并通过研究氧化钛纳米颗粒的生物累积、肝脏毒性以及基因表达变化，进一步揭示其与海洋酸化共同作用的毒性机制。通过这些研究，我们希望为未来海洋生态系统中纳米颗粒污染的评估提供新的视角和科学依据。

研究中使用的氧化钛纳米颗粒（*TiO?* NPs）为21纳米的初级颗粒，由Sigma-Aldrich（上海，中国）提供。通过对纳米颗粒的形态、尺寸和晶体结构进行分析，我们发现其在不同pH条件下的分散性和悬浮性存在显著差异。特别是在酸化的海水中，纳米颗粒的聚集现象明显减弱，这可能与其表面电荷的变化有关。同时，纳米颗粒在海水中的溶解性较低，这使得其在海洋环境中的主要毒性来源可能是其物理形态的变化，而非化学溶解。这些发现表明，海洋酸化条件可能显著改变纳米颗粒的环境行为，从而影响其对海洋生物的毒性效应。

进一步的实验结果显示，长期暴露于海洋酸化条件下，海洋斑马鱼的免疫功能和抗氧化能力受到抑制，这使得其对纳米颗粒的抵抗力下降。这种抵抗力的下降导致了氧化钛纳米颗粒在海洋斑马鱼体内的生物累积增加，特别是在肝脏中。肝脏作为代谢、解毒和免疫的重要器官，其健康状况对整体生物体的生理功能具有关键影响。研究发现，氧化钛纳米颗粒在肝脏中积累，可能通过氧化应激、组织病理学损伤和超微结构破坏等途径引发肝毒性。这些毒性效应可能进一步影响海洋斑马鱼的生长发育和生存能力。

通过整合生物标志物的方法，我们量化了纳米颗粒毒性在海洋酸化条件下的主要影响因素。研究发现，纳米颗粒的粒径效应（58%）和生物体的抗毒性（42%）共同决定了其毒性作用。其中，粒径效应在毒性表现中占据主导地位。这一发现表明，纳米颗粒的物理特性在海洋酸化条件下对毒性机制具有更为重要的影响。此外，转录组分析进一步揭示了在联合暴露条件下，肝脏基因的转录和翻译过程受到抑制，同时细胞衰老和程序性细胞死亡等通路被激活。这些分子层面的变化可能与纳米颗粒和海洋酸化共同作用下的生理损伤密切相关。

综上所述，本研究成功揭示了纳米颗粒与海洋酸化共同作用的毒性机制。在海洋酸化条件下，氧化钛纳米颗粒在海水中的聚集现象减弱，悬浮性增强，这可能与其表面电荷的变化有关。同时，长期暴露于海洋酸化条件下的海洋斑马鱼表现出对纳米颗粒的抵抗力下降，这可能导致其体内纳米颗粒的生物累积增加。这种生物累积可能通过肝脏毒性等途径对海洋斑马鱼的健康产生负面影响。通过这些研究，我们不仅加深了对纳米颗粒污染与海洋酸化共同作用机制的理解，也为评估未来海洋生态系统中纳米颗粒污染的风险提供了重要的科学依据。

此外，研究还发现，海洋酸化条件下的纳米颗粒污染可能对海洋生态系统造成更复杂的影响。由于纳米颗粒的粒径效应在毒性表现中占据主导地位，因此在海洋酸化条件下，纳米颗粒的物理特性可能成为其对海洋生物毒性作用的关键因素。同时，海洋酸化可能通过改变海洋生物的生理状态，降低其对纳米颗粒的抵抗力，从而加剧其毒性效应。这些发现不仅有助于理解纳米颗粒污染对海洋生态系统的潜在威胁，也为未来环境保护政策的制定提供了重要的参考依据。

本研究的结果表明，海洋酸化条件下的纳米颗粒污染可能对海洋生态系统产生深远影响。通过深入研究纳米颗粒与海洋酸化共同作用的毒性机制，我们不仅能够更准确地评估其对海洋生物的潜在危害，还能够为海洋环境保护提供科学支持。随着纳米技术的不断发展，纳米颗粒的环境释放量可能会进一步增加，因此，加强对纳米颗粒污染与海洋酸化共同作用的研究，对于保护海洋生态系统具有重要意义。同时，本研究也为未来的海洋毒理研究提供了新的思路和方法，特别是在利用新兴模型生物进行研究方面。这些研究成果有望为全球环境问题的解决提供科学支持，并推动海洋环境保护技术的发展。