1月11日，寧波大學(xué)海洋學(xué)院-農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危害因子與風(fēng)險(xiǎn)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在Sci Total Environ期刊（IF：10.753）上發(fā)表了題為 “Transcriptome sequencing and metabolite analysis reveal the single and combined effects of microplastics and di-(2-ethylhexyl) phthalate on Peneaus vannamei”的研究論文。此項(xiàng)研究通過轉(zhuǎn)錄組及代謝組學(xué)聯(lián)合分析為微塑料和塑料添加劑對(duì)海洋生物的單一和聯(lián)合毒理學(xué)效應(yīng)提供了新的見解！

研究背景

由于塑料應(yīng)用的多功能性和便利性，全球塑料制品的消費(fèi)量迅速增長(zhǎng)，這加劇了塑料垃圾污染問題。已有研究表明，80%的海洋垃圾由塑料垃圾組成，在風(fēng)化、紫外線輻射和生物降解的作用下，塑料垃圾最終會(huì)變成微塑料（MPs）。

MPs由于其顆粒微小容易被生物體攝入，加上其表面也會(huì)吸附或釋放其他污染物(如有機(jī)污染物、重金屬、抗生素)，對(duì)海洋環(huán)境及海洋生物產(chǎn)生多種不利影響。鄰苯二甲酸二酯(DEHP)作為一種常用的增塑劑(約占增塑劑總使用量的42% )，在塑料制品的生產(chǎn)、使用和處置過程中容易釋放到環(huán)境中，已有研究表明：DEHP對(duì)水生生物產(chǎn)生了不良影響，包括免疫毒性、神經(jīng)毒性、遺傳毒性、代謝毒性等。而DEHP很容易被MPs吸附，被生物體富集，并通過海洋環(huán)境中的不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳播。

南美白對(duì)蝦是目前最具商業(yè)價(jià)值的對(duì)蝦品種之一，因其生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富。之前有研究揭示MPs對(duì)南美白對(duì)蝦的毒性作用。然而，MPs和DEHP的聯(lián)合毒性機(jī)制尚不清楚。

研究?jī)?nèi)容

為了進(jìn)一步闡明MPs和塑料添加劑對(duì)海洋生物的毒理學(xué)效應(yīng)，本研究揭示了MPs、DEHP以及MPs-DEHP混合處理對(duì)南美白對(duì)蝦幼體氧化應(yīng)激、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)的潛在影響及其機(jī)制。

轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)分析結(jié)果顯示，MPs、DEHP及MPs-DEHP處理干擾了氨基酸和脂質(zhì)代謝，進(jìn)一步誘導(dǎo)了炎癥反應(yīng)和嘌呤代謝功能障礙。此外，MPs的存在可減輕DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦的生物毒性。這些研究發(fā)現(xiàn)為MPs和塑料添加劑對(duì)海洋生物的單一和聯(lián)合毒理學(xué)效應(yīng)提供了新的見解。

研究結(jié)果

1、?MPs、DEHP及MPs-DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦抗氧化防御機(jī)制的影響

MPs、DEHP和MPs-DEHP顯著激活了抗氧化酶(SOD和CAT)(圖1A和圖B)。對(duì)照組與MPs和DEHP (DEHPL和DEHPM)組相比，GSH-Px活性無顯著差異。然而，DEHPH和MPs-DEHP顯著誘導(dǎo)了GSH-Px活性(圖1C)。DEHP顯著增加MDA含量。值得關(guān)注的是，MDA含量被MPs明顯抑制，并且在MPs- DEHP組中保持穩(wěn)定水平(圖1D)。與MPs組比較，MPs- DEHP顯著提高了CAT、GSH-Px活性和MDA含量，顯著抑制了SOD活性。與DEHP (DEHPM)相比，MPs- DEHP顯著降低了MDA含量，但對(duì)SOD、CAT、GSH-Px活性無明顯影響(p > 0.05)。為了研究MPs的存在是否影響DEHP的毒理學(xué)效應(yīng)，研究人員選擇了MPs、DEHP (DEHPM)和MPs-DEHP組進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖1｜MPs、DEHP及MPs-DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦抗氧化防御機(jī)制的影響

2、MPs、DEHP和MPs-DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦轉(zhuǎn)錄組譜的影響

為了進(jìn)一步研究南美白對(duì)蝦對(duì)MPs、DEHP和MPs-DEHP的潛在反應(yīng)，研究人員對(duì)采集的南美白對(duì)蝦肝胰腺組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。在CK/MPs、CK/DEHPM、CK/MPs-DEHP、MPs/MPsDEHP和DEHP/MPs-DEHP 5個(gè)組間比較中發(fā)現(xiàn)差異基因。與MPs-DEHP處理所得差異基因 (31個(gè)上調(diào)和27個(gè)下調(diào))相比，DEHP處理誘導(dǎo)了更多的差異基因(99個(gè)上調(diào)和34個(gè)下調(diào))。而MPs處理誘導(dǎo)差異基因數(shù)目較少(5個(gè)上調(diào)和8個(gè)下調(diào))。

同時(shí)，KEGG通路分析顯示，較對(duì)照組相比，MPs、DEHPM、MPs-DEHP中分別有12、23、7條通路顯著激活（圖2B)，最具代表性的通路為嘌呤代謝通路、PPAR信號(hào)通路和AMPK信號(hào)通路。

圖2｜南美白對(duì)蝦經(jīng)MPs、DEHP和MPs-DEHP處理21d后的轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析

3、MPs、DEHP及MPs-DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦代謝譜的影響

為了進(jìn)一步探索MPs、DEHP和MPs - DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦組織的生理和代謝反應(yīng)的毒理學(xué)效應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)采用UHPLC-MS /MS進(jìn)行了代謝譜分析，共鑒定出1,261種代謝物。具體說明，與CK相比，21個(gè)(8個(gè)上調(diào)和13個(gè)下調(diào))、82個(gè)(52個(gè)上調(diào)和30個(gè)下調(diào))和39個(gè)(25個(gè)上調(diào)和14個(gè)下調(diào))的差異代謝物可區(qū)分MPs、DEHPM和MPs-DEHP。同時(shí)，KEGG通路富集分析表明，MPs、DEHPM和MPs-DEHP中的差異代謝物參與不同的代謝通路：MPs顯著干擾嘧啶代謝，DEHPH顯著改變花生四烯酸代謝、視黃醇代謝、α -亞麻酸代謝等(圖3D)。此外，MPs-DEHP顯著影響視黃醇代謝、半乳糖代謝以及甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝(圖3E)。

圖3｜南美白對(duì)蝦經(jīng)MPs、DEHP和MPs-DEHP處理后的代謝組學(xué)分析

4、轉(zhuǎn)錄組和代謝組譜聯(lián)合分析

轉(zhuǎn)錄組和代謝組的綜合分析顯示，分別有1、7和4條功能通路可能參與MPs、DEHP和MPs-DEHP的毒理學(xué)效應(yīng)的代謝反應(yīng)。其中，代表性通路為MPs組的甘油磷脂代謝通路。同樣，DEHPM組中最顯著的通路是嘌呤代謝、賴氨酸降解、血小板活化、氨基糖和核苷酸糖代謝以及神經(jīng)活性配體-受體相互作用。此外，MPs-DEHP組中最豐富的通路是嘌呤代謝和視黃醇代謝（圖4）。

圖4｜前20個(gè)DEGs和DEMs的轉(zhuǎn)錄組和代謝組譜的綜合分析

總結(jié)

本研究從氧化應(yīng)激、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)方面探討了MPs、DEHP和MPs-DEHP對(duì)南美白對(duì)蝦的毒理學(xué)效應(yīng)。MPs、DEHP及MPs-DEHP處理可導(dǎo)致南美白對(duì)蝦抗氧化生物標(biāo)志物、基因和代謝物發(fā)生明顯改變。同時(shí)，在環(huán)境濃度水平暴露21天后，南美白對(duì)蝦存在潛在被污染風(fēng)險(xiǎn)。

此外，MPs、DEHP和MPs-DEHP均可引起抗氧化防御系統(tǒng)紊亂、嘌呤代謝紊亂以及氨基酸和脂質(zhì)代謝紊亂引起的炎癥反應(yīng)。目前的研究結(jié)果為MPs和塑料添加劑的毒理學(xué)效應(yīng)提供了新的見解，可提示人類關(guān)注MPs和塑料添加劑排放對(duì)海洋生物的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

本研究中的RNA-seq測(cè)序及分析、UHPLC–MS/MS分析由歐易生物提供。

Shi QQ, Zhang XQ, Zhang ZM, Wang NB, Liu H, Zhang RR, Sun AL, Chen J, Shi XZ. Transcriptome sequencing and metabolite analysis reveal the single and combined effects of microplastics and di-(2-ethylhexyl) phthalate on Peneaus vannamei. Sci Total Environ. 2023 Jan 11:161549.?

doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.161549. Epub ahead of print. PMID: 36640892.