苯酚类抗生素对活鱼体内内源性糖皮质激素水平的干扰

《Journal of Hazardous Materials》：Disturbance of Endogenous Glucocorticoid Levels by Phenicol Antibiotics in Living Fish

　　苯icol类抗生素（PABs）对鱼类糖皮质激素（GCs）的影响及体内同步监测方法研究。开发了生物炭涂层固相微萃取法，实现鱼类体内PABs和GCs（皮质醇、皮质酮）的高灵敏度同步监测（检测限0.0061-0.12ng·g?1，RSD＜10%）。结果显示PABs在鱼体内快速富集（BCF 0.12-0.40），诱导GCs水平显著变化：暴露期COL持续升高而COE恢复正常，应激期GCs通过增强抗氧化系统缓解氧化损伤，清除期GCs24小时内恢复正常。首次建立体内同步监测外源污染物与内源性激素的SPME方法，揭示GCs的双重作用机制（应激指标与适应调节器），为PABs污染水域养殖管理提供理论依据。

　　在当今的环境科学与生态毒理学研究中，抗生素污染已成为一个备受关注的问题。特别是在水生环境中，抗生素的广泛存在对水产养殖业构成了潜在威胁。本研究聚焦于酚类抗生素（Phenicol Antibiotics, PABs）对鱼类内源性糖皮质激素（Glucocorticoids, GCs）的影响，揭示了其在环境暴露下的双重作用机制。PABs主要包括氯霉素（Chloramphenicol, CAP）、氟苯尼考（Florfenicol, FF）和硫霉素（Thiamphenicol, TAP），这些抗生素因其广谱抗菌特性被广泛应用于人类和动物的疾病治疗与预防。然而，随着其使用量的增加，PABs的环境残留也日益严重，特别是在水产养殖和畜牧业中，大量抗生素通过畜禽粪便和养殖废水进入水体，导致水体污染。据研究数据显示，2010年至2020年间，全球PABs的年均排放量达到了4544吨，其中部分污染物已进入实际的水产养殖环境中，其浓度范围从1000-1800 μg·L?1，甚至在某些地区如大连沿海的水产养殖场中，氟苯尼考的浓度高达11000 μg·L?1。因此，PABs的污染不仅影响了水生生态系统，还直接威胁到鱼类养殖业的可持续发展。

GCs是一类重要的激素，由肾上腺皮质在应对环境压力时释放。它们在代谢调节和内分泌适应中发挥关键作用，有助于维持生物体的内稳态。在健康的鱼类中，GCs调节的应激反应能够有效平衡外界压力带来的损害，并恢复体内平衡。然而，长期或高浓度的GCs水平可能会破坏这种平衡，导致慢性应激或与应激相关的疾病。此外，GCs水平的升高还可能抑制细胞介导的免疫功能，降低鱼类对感染和肿瘤的免疫反应，同时增加因感染、炎症和免疫功能障碍引发的自身免疫疾病的风险。因此，研究PABs对GCs的影响及其潜在机制，对于理解鱼类在污染环境中的生理适应至关重要。

传统的抗生素检测方法通常需要对生物体进行破坏性采样，这不仅影响了实验的可行性，还可能干扰正常的内分泌调节机制，使研究结果难以准确反映实际的生理状态。为了克服这些局限性，本研究引入了一种新型的非侵入式体内固相微萃取（Solid-Phase Microextraction, SPME）方法，用于同时监测PABs和GCs在鱼类体内的变化。该方法利用了3D-PBA纤维作为萃取介质，其结构特点为具有分层多孔性，这不仅有利于物质的吸附和转移，还提升了萃取效率。此外，3D-PBA纤维的生物相容性使其适用于体内采样，而其低成本和环保特性也进一步促进了其在实际应用中的可行性。

通过将SPME与液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）技术相结合，本研究建立了一种高效、灵敏的分析方法，能够实现对PABs和GCs的同步检测。实验结果显示，该方法具有极高的灵敏度，其检测限范围为0.0061至0.12 ng·g?1，且重现性良好，日内和日间变异系数均小于10%。这表明该方法在实际应用中具有很高的可靠性和准确性。在实际应用中，研究人员发现PABs在鱼类体内迅速积累，其生物浓缩因子（Bioconcentration Factor, BCF）范围为0.12至0.40。这一结果提示PABs在水体中具有较强的富集能力，可能对鱼类健康产生显著影响。

在暴露过程中，鱼类体内的GCs水平显著升高，其中皮质醇（Cortisol, COL）持续增加，而皮质酮（Corticosterone, COE）则在四天后恢复至正常水平。这一现象表明，COL可能在PABs暴露下扮演更为重要的角色，而COE则可能具有一定的恢复能力。进一步研究发现，PABs暴露导致的GCs水平升高可能激活了鱼类的抗氧化防御系统，从而缓解PABs引起的氧化应激。在消除阶段，PABs被迅速清除，GCs水平在一天内恢复至正常范围，同时应激反应和防御机制也逐渐消退。这些结果揭示了GCs在鱼类体内既作为应激的指示剂，又作为适应性调节器的双重功能。

本研究的创新之处在于，它首次实现了对体内外源性和内源性物质的同步监测，为未来研究新型污染物对生物体的影响提供了重要的方法学支持。通过这种非侵入式的方法，研究人员能够在不破坏生物体正常生理状态的情况下，实时追踪污染物在体内的动态变化及其对内分泌系统的响应。这种方法不仅有助于深入理解PABs对鱼类生理功能的影响机制，还为制定科学的水产养殖管理策略提供了依据。

在实际应用中，这种方法可以用于评估不同水域中PABs的污染程度及其对鱼类健康的潜在影响。此外，它还能够为环境监测和生态风险评估提供新的工具，特别是在那些PABs污染较为严重的地区。通过同步监测PABs和GCs的变化，研究人员可以更全面地了解污染物对生物体的综合影响，包括其对代谢、免疫和抗氧化系统的干扰。这不仅有助于揭示污染物的生态毒性机制，还能够为制定有效的污染防控措施提供科学依据。

从更广泛的角度来看，本研究的意义不仅限于鱼类，还可能拓展到其他水生生物和生态系统中。PABs污染的普遍性表明，这一问题不仅局限于特定的水产养殖区域，而是具有全球性的环境挑战。因此，建立一种适用于多种生物体的非侵入式监测方法，对于全面评估抗生素污染的生态风险具有重要意义。同时，该方法也为研究其他新兴污染物对生物体的影响提供了参考，有助于推动环境科学领域的进一步发展。

在方法开发过程中，研究人员还探讨了不同萃取材料对SPME性能的影响。例如，活性炭（Biochar）因其大比表面积和高孔隙率，被广泛用于SPME涂层材料。这种材料不仅具有良好的吸附性能，还表现出良好的生物相容性，使其在体内应用中具有优势。此外，其低成本和环保特性也使其成为实际应用中的理想选择。通过优化3D-PBA纤维的结构和性能，研究人员成功开发出一种新型的SPME涂层，为同时检测PABs和GCs提供了技术支持。

本研究的成果不仅在方法学上具有创新性，而且在实际应用中也展现出广阔的前景。例如，该方法可以用于监测水产养殖环境中抗生素的污染情况，为环境管理部门提供科学依据，以制定更加有效的污染控制措施。此外，它还可以用于研究其他污染物对鱼类内分泌系统的影响，从而为环境毒理学提供新的研究工具。通过同步监测外源性污染物和内源性激素的变化，研究人员能够更全面地评估污染物的生态毒性，并探索其潜在的生物效应。

综上所述，本研究通过开发一种新型的非侵入式体内SPME方法，成功实现了对PABs和GCs的同步监测。这一方法不仅具有高灵敏度和良好的重现性，还能够揭示PABs暴露下GCs的动态变化及其对鱼类生理功能的影响机制。研究结果表明，GCs在鱼类体内既作为应激的指示器，又作为适应性的调节器，这一发现对于理解鱼类在污染环境中的生理适应具有重要意义。同时，该方法也为未来研究新型污染物的生态毒性提供了技术支持，有助于推动环境科学和生态毒理学领域的发展。