营养级传递的银纳米颗粒通过HPA轴失调与肝脑轴紊乱诱导成年斑马鱼神经毒性机制研究

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：In-depth investigation into the neurotoxic effects of trophic silver nanoparticles exposure in adult zebrafish: HPA axis dysregulation and liver–brain axis disruption

　　本研究针对银纳米颗粒(AgNPs)在水环境中的营养级传递风险，探讨了其通过肝脑轴紊乱诱发神经毒性的机制。研究人员通过21天膳食暴露实验发现，AgNPs在斑马鱼脑部和肝脏显著富集，引发行为异常、神经递质(DA/5-HT)紊乱、HPA轴功能失调，并首次揭示其与阿尔茨海默病相关病理特征（Aβ沉积、sEH活性升高）的关联，为纳米材料的环境风险评估提供重要理论依据。

　　

随着纳米技术的飞速发展，银纳米颗粒（AgNPs）因独特的抗菌性能被广泛应用于医疗、日化和水产养殖等领域。然而，大量AgNPs通过工业废水和生活污水进入水体，已在全球多地河流和污水处理厂出水中被检出（浓度最高达20.02 mg/L）。这种"看不见的污染"可通过食物链在生物体内富集，尤其对水生生态系统构成潜在威胁。以往研究多关注AgNPs的直接暴露毒性，但其通过营养级传递（trophic transfer）对高等生物造成的连锁毒性效应，特别是对肝脑轴（liver-brain axis）这一新兴调控通路的影响，尚不明确。

为解开这一谜题，苏州科技大学环境科学与工程学院的钱秋慧团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》发表研究，首次通过"卤虫-斑马鱼"二级食物链模型，揭示AgNPs营养级暴露如何通过扰乱下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA axis）诱发神经毒性。研究团队设计了一套精巧的实验方案：先将卤虫暴露于环境相关浓度（0.1 μg/L）和较高浓度（100 μg/L）的5纳米AgNPs中，再用这些卤虫持续投喂成年斑马鱼21天。通过结合行为学分析、组织病理观察、分子生物学检测和生物信息学分析等多维度技术手段，系统评估了AgNPs的生物累积效应及其对肝脑轴的干扰机制。

关键技术方法包括：采用新型水箱试验（NTT）、条件位置偏好（CPP）、社交交互（SI）等五种行为学范式评估神经行为变化；通过Evans Blue染色检测血脑屏障（BBB）通透性；利用RT-qPCR分析HPA轴相关基因表达；借助免疫荧光技术观察脑组织β-淀粉样蛋白（Aβ）沉积；并整合GEO数据库转录组数据进行KEGG通路富集分析。

3.1. AgNPs表征

透射电镜显示AgNPs为分散良好的球形颗粒（约5纳米），动态光散射测定其水合粒径为13.38±3.63纳米，紫外吸收峰位于403纳米，表明颗粒在水体中稳定性良好。

3.2. 卤虫对AgNPs的毒性响应

虽然各暴露组卤虫存活率均超过80%，但随浓度升高出现触角萎缩、肠道损伤等畸形现象，其中1000 μg/L组肠道宽度显著减小，为AgNPs的肠道渗透和营养级转移提供了解剖学基础。

3.3. 斑马鱼生长变化与银生物累积

有趣的是，虽然AgNPs暴露未显著影响斑马鱼体重体长，但引起雌鱼体宽增加（p<0.05）以及脑重减轻、肝重增加的器官特异性变化。更值得关注的是，0.1 μg/L低浓度组在脑和肝脏的银富集程度（8-11倍）反而高于100 μg/L高浓度组（2.5-3倍），生物放大因子（BMF）计算证实低浓度AgNPs更易通过食物链放大其生态风险。

3.4. 成年斑马鱼行为变化

五项行为学测试呈现高度一致的神经损伤证据：新型水箱试验中，暴露组斑马鱼沉底时间延长（p<0.01），显示抑郁样行为；条件位置偏好实验揭示其颜色辨别能力和风险回避能力受损；社交测试表明AgNPs诱发自闭样症状（社交区域停留时间减少p<0.01）；T迷宫实验显示空间记忆受损；镜像攻击测试中攻击次数浓度依赖性下降（p<0.05），表明生存竞争力降低。

3.5. AgNPs营养级暴露引起肝脑损伤

组织病理学发现肝细胞排列松散、空泡化，脑部神经元密度显著降低。生化检测显示肝脏总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）激增6.6-21倍，丙二醛（MDA）升高提示氧化应激，同时脑内多巴胺（DA）和5-羟色胺（5-HT）水平异常升高1.2-1.4倍（p<0.01），构成肝脑轴双向紊乱的直接证据。

3.6. AgNPs诱导HPA轴功能障碍

血清学检测发现促肾上腺皮质激素（ACTH）和皮质酮（CORT）浓度显著升高（p<0.01）。分子层面显示，HPA轴关键基因（pomca、nr3c1、gabra1等）表达紊乱，其中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）上调（p<0.001）提示神经炎症参与毒性过程。

3.7. 血脑屏障损伤与Aβ沉积

Evans Blue实验显示0.1 μg/L组血脑屏障通透性增加最显著（p<0.01）。更引人注目的是，免疫荧光发现脑内Aβ沉积加剧，且肝脏可溶性环氧化物水解酶（sEH）活性升高（p<0.01），首次将AgNPs暴露与阿尔茨海默病典型病理特征相联系。

3.8. 生物信息学分析提示AD相关分子改变

对GEO数据库的深度挖掘显示，AgNPs暴露组与阿尔茨海默病相关基因存在51个交集基因。KEGG富集分析显著富集在"类固醇激素合成""钙信号通路"等神经相关通路，GO分析发现"腺苷酸环化酶激活的肾上腺素受体信号"等HPA轴相关通路异常，从系统生物学层面证实肝脑轴紊乱与神经退行性变的关联。

这项研究通过多维度证据链揭示：AgNPs通过营养级传递在斑马鱼肝脑组织富集，引发代谢紊乱和氧化应激；肝脏损伤通过HPA轴失调向大脑传递毒性信号，导致血脑屏障损伤、神经递质紊乱和行为异常；尤其重要的是，研究发现AgNPs暴露会促进脑内Aβ沉积并改变肝脏sEH活性，这为理解纳米材料暴露与阿尔茨海默病发病风险提供了新的分子桥梁。尽管研究未设置离子银对照组难以完全区分纳米特异性效应，但其建立的"从食物链到神经退行性变"的研究范式，为全面评估纳米材料的生态健康风险提供了创新视角。该成果不仅警示AgNPs的环境释放可能通过肝脑轴扰动诱发神经系统病变，也为开发肝源性疾病相关的神经保护策略提供了理论依据。