镧暴露对菲律宾蛤仔代谢组学影响揭示氧化应激新生物标志物

　　本研究针对稀土元素（REEs）污染对水生生态的潜在威胁，聚焦高污染风险元素镧（La）对重要经济贝类菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）的毒性机制。通过组织化学与非靶向代谢组学（UHPLC-HRMS）联合分析，发现10 mg/L LaCl3·7H2O短期暴露导致鳃组织上皮退化、黏液分泌减少及糖蛋白表达异常，鉴定出188个差异表达代谢物（DEMs），揭示谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸、油酸和胸苷等关键分子可作为La诱导氧化应激的生物标志物，为海洋REEs污染评估提供新依据。

　　

随着稀土元素（REEs）在高科技、医疗和农业领域的广泛应用，这些元素向水生环境的释放量持续增加，引发了对其生态和毒理效应的深切担忧。其中，镧（La）作为最常使用的REEs之一，在海洋生态系统中被频繁检出，但其对海洋生物的具体影响机制仍不明确。尤其令人关注的是，当前大多数污水处理厂难以有效去除这类物质，而海洋环境中的化学污染物监测又面临成本高、技术难的挑战。

在这背景下，研究人员选择地中海 aquaculture 中的重要底栖物种——菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）作为模型生物，探究短期La暴露对其生理和代谢的影响。这种双壳贝类不仅具有商业价值，还是全球分布广泛的滤食性生物，其鳃组织由于直接接触外界环境，成为污染物作用的敏感靶点。研究通过组织化学分析和非靶向代谢组学技术，揭示了La暴露导致的组织损伤和代谢紊乱，相关成果发表在《Scientific Reports》上。

研究主要采用了以下关键技术方法：首先进行为期3天的体内暴露实验，使用10 mg/L LaCl₃·7H₂O处理蛤仔；通过常规组织化学染色（PAS、AB、HID）和凝集素组织化学分析鳃组织形态与糖蛋白表达；利用超高效液相色谱-高分辨率质谱（UHPLC-HRMS）进行非靶向代谢组学检测；借助Compound Discoverer软件和IPA（Ingenuity Pathway Analysis）工具进行生物信息学分析；统计处理采用GraphPad Prism完成。实验样本来自意大利巴里市售蛤仔（原产地威尼斯Chioggia）。

Histochemistry analysis

组织化学分析显示，La处理组蛤仔鳃部出现上皮退化、黏液分泌减少现象。PAS染色显示颈圈细胞碳水化合物含量降低，AB染色提示酸性糖缀合物改变，HID染色发现坏死区域出现泡沫状分泌物。凝集素结合实验表明PNA、ConA和AAL结合强度显著降低，说明La暴露影响了半乳糖化、甘露糖化和岩藻糖化糖链结构，破坏了黏液细胞的保护功能。

Untargeted metabolomics analysis

代谢组学分析鉴定出188个差异表达代谢物（DEMs），其中135种下调，53种上调。PCA分析显示处理组与对照组明显分离。代谢物富集分析表明受影响的主要是有机酸、脂肪酸、氨基酸和核苷酸类物质。Metabolika工具分析显示，嘌呤/嘧啶生物合成、芳香氨基酸和 trichothecene 生物合成通路变化显著。

IPA analysis

IPA通路分析发现13条显著改变的经典通路，其中核苷酸补救途径、水溶性维生素代谢等4条通路被激活。关键分子网络分析显示，La暴露导致ERK/CREB信号通路激活，但抑制了谷胱甘肽S-转移酶（GST）、P-糖蛋白（P-gp）和细胞色素C的功能。这表明La通过抑制多药耐药（MXR）机制关键组分，削弱了蛤仔的解毒能力。

研究结论表明，La暴露通过破坏鳃组织结构和抑制解毒机制，对蛤仔造成显著氧化应激和代谢紊乱。谷胱甘肽（GSH）、抗坏血酸、油酸和胸苷的水平变化可作为La污染的生物标志物。特别值得注意的是，La对多药耐药机制（MXR）中GST和P-gp的抑制作用，显著降低了生物体的解毒能力，这为理解REEs的生态毒理效应提供了新视角。该研究不仅揭示了La对水生无脊椎动物的具体毒性机制，也为海洋REEs污染监测和风险评估提供了重要的科学依据。