《Marine Environmental Research》：Ionizing radiation (IR) Induced Sex-Specific Reproductive and Offspring Developmental Toxicity in Zebrafish
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本研究通过整合表型与分子分析，揭示急性X射线辐射对斑马鱼性别特异性生殖毒性的分子机制，发现雄性生殖腺铁稳态和氧化应激通路受损更显著，父本辐射对后代血管、免疫和神经发育异常影响更严重。
朱雅|吕启源|杨天鹏|向世轩|徐敏燕|潘东亮|马淑梅|刘晓东|陈江飞
温州医科大学公共卫生学院，中国浙江省温州市325035
摘要：
电离辐射（IR）是一种普遍存在的环境辐射因素，其来源既有自然的也有人为的。近年来，日本向海洋排放受核污染的水，这使得电离辐射对水生生物的影响成为学术界和公众舆论关注的焦点。然而，电离辐射引起的生殖和后代发育毒性的性别特异性机制仍知之甚少。在本研究中，我们利用综合表型和分子方法，探讨了急性X射线辐射对斑马鱼（Danio rerio）生殖的性别差异影响。转录组分析显示，辐射反应存在显著的性别差异：雄性生殖腺受到的影响比雌性组织更为严重。雌性生殖腺表现出协调的保护性反应，表现为免疫系统激活增强和膜完整性维持，而雄性组织则出现铁稳态和氧化应激途径的显著紊乱，尤其是在与铁死亡相关的基因中。与母体相比，父体辐射导致的生殖损伤更为严重，表现为卵子产量和受精率下降。通过使用转基因斑马鱼系，我们证明了父体辐射主要导致了后代的发育异常，包括血管缺陷、免疫细胞浸润增加以及神经系统畸形。辐射还特异性地损害了精子的形态和运动能力。与卵巢相比，睾丸受到更严重的氧化损伤和应激调节问题，从而导致更显著的生殖发育障碍。我们的发现为水生生物的性别特异性辐射敏感性提供了分子机制证据，并强调了在辐射防护策略中考虑性别差异的重要性。
引言
核技术在工业、医疗和军事领域的广泛应用引发了人们对环境电离辐射（IR）的日益关注（Rouihem等人，2024年）。近期事件，如福岛核废水的排放和军事冲突中贫铀弹药的使用，提高了公众对环境辐射的认识。福岛事故特别突显了放射性物质通过直接接触和食物链生物累积对水生生物的潜在风险（Nakanishi等人，2024年）。切尔诺贝利事故的历史数据显示，受污染地区的水生生物在短时间内可能累积高达10 Gy的辐射剂量（Hurem等人，2018a年），这需要深入研究此类高剂量辐射的生物学影响。
环境辐射通常涉及多种放射性核素，如铯-137和锶-90（Steinhauser，2014年；Yasunari等人，2011年），由于技术进步、核事故和环境条件的变化，评估其生物学效应面临挑战。了解这些新兴放射性核素的行为、命运和生态效应对于有效的环境管理和放射防护至关重要。尽管电离辐射对健康的危害已有大量文献记载，但其对生殖系统的性别特异性损伤机制仍不完全清楚。多项研究表明，电离辐射会损害生育能力并增加后代发育缺陷的风险（Hurem等人，2018b年；Li等人，2024年；Stephens等人，2024年），表明生殖系统是辐射毒性的关键靶标。
使用标准辐射源的实验室研究对于理解环境辐射的生物学效应至关重要（Bertucci等人，2020年；Zhao等人，2024年）。X射线作为一种典型的电离辐射源，为环境毒理学提供了宝贵的见解。先前的研究表明，1-10 Gy剂量的急性X射线辐射可导致显著的生殖损伤，影响生育能力和后代发育（Bae等人，2021年；Fukunaga等人，2020年）。然而，这种损伤的性别特异性及其潜在的分子机制仍需系统研究。
斑马鱼因其独特的优势而成为环境毒理学研究的理想模型生物，包括较短的繁殖周期、透明的胚胎、特征明确的生殖系统以及与人类高度遗传同源性（Gagnaire等人，2015年）。它们的辐射响应途径与哺乳动物高度保守（Choi和Yu，2015年），适合用于研究环境辐射毒性。虽然先前的研究表明急性辐射会影响鱼的配子发生、激素水平和繁殖成功率（Hurem等人，2018a年），但其性别特异性效应的分子机制仍有待阐明。
本研究利用斑马鱼模型，探讨了0-10 Gy单次急性X射线辐射引起的生殖毒性，重点关注：（1）通过建立单亲（父体/母体）和双亲辐射模型，分析性别依赖的生殖损伤和跨代发育效应；（2）利用转录组测序和生物学指标分析，阐明性别特异性生殖毒性的分子机制。这些发现不仅将加深我们对环境辐射对水生生物生态风险的理解，还为制定性别特定的辐射防护策略提供科学依据。
部分内容
斑马鱼的饲养与管理
成年野生型AB品系斑马鱼（4-6个月大）以及转基因系Tg(fli1:EGFP)（Lawson和Weinstein，2002年）、Tg(MPO:EGFP)（Lawson和Weinstein，2002年）和Tg(Olig2:dsRED)（Park等人，2007年）在循环水培系统中饲养，温度为28 ± 0.5°C，光照周期为14:10小时。水质参数维持在pH 7.0-7.5、电导率450-550 μS/cm和溶解氧>6.0 mg/L。鱼每天喂食三次商业鱼片（Tetra，Melle，德国）。
X射线辐射对斑马鱼生殖的剂量和性别依赖性影响
在两种亲本辐射处理下，观察到卵子产量和受精率均呈剂量依赖性下降。对照组每条鱼的卵子数量从103.3 ± 25.2个降至1 Gy时为26.0 ± 1.0个（p < 0.001），5 Gy时为6.0 ± 13.4个（p < 0.001），10 Gy时为0.0 ± 0.0个（p < 0.001）（图1A）。同样，辐射也导致受精率呈剂量依赖性下降，对照组为91.7 ± 2.9%，1 Gy时降至64.8 ± 18.3%（p < 0.05），5 Gy时降至6.7 ± 11.6%（p < 0.001），10 Gy时降至0%（p <
讨论
本研究结合了分子、生物学和表型分析，以阐明生殖系统对辐射敏感性的性别特异性机制。转录组分析显示，急性辐射反应存在显著的性别差异，雄性生殖腺的差异表达基因明显多于雌性生殖腺。辐射对精子形态和运动能力造成显著损害，同时睾丸也受到持续影响。
CRediT作者贡献声明
吕启源：数据整理。杨天鹏：数据整理。朱雅：撰写——初稿，概念构思。潘东亮：数据整理。马淑梅：撰写——审稿与编辑，数据整理。向世轩：数据整理。徐敏燕：数据整理。刘晓东：撰写——审稿与编辑，资源获取，概念构思。陈江飞：撰写——审稿与编辑，可视化，方法学，资金申请，数据整理，概念构思
未引用的参考文献
Ali等人，2003年；Kesari等人，2018年；Sambrook等人，2005年；Singh等人，2015年。
利益冲突声明
作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
我们感谢温州医科大学科研中心的优秀咨询和重要支持。本研究部分得到了浙江省辐射医学与核技术研究院项目（ZFY-2022-K-004）、温州市神经发育病理学与生理学重点实验室（2023HZSY0003）以及浙江省高峰学科计划（温州医科大学 - 制药学）的资助。
