幼年时期接触氟硅唑会导致斑马鱼出现跨代性的心脏发育缺陷及其潜在原因

氟硅唑（FLU）对斑马鱼胚胎的跨代心脏毒性及其机制研究显示，FLU暴露导致F0和F1代心脏发育异常、凋亡增加及关键基因（nkx2.5, fli1等）失调，证实其可通过遗传传递影响心脏功能。

王月|柴梦丹|周子玲|李光科|桑楠

中国山西省能源研究院资源与环境工程系，基于煤炭的新兴污染物识别与风险控制山西省重点实验室，太原市，030600

摘要

随着新型三唑类杀菌剂的使用日益增多，人们对它们的毒性和生态影响的担忧也在加剧。本研究调查了氟菌唑（FLU）在斑马鱼胚胎中的跨代心脏毒性及其潜在机制。受精卵被暴露于0.5、1或2 μmol/L的FLU中，幼体在含有FLU的水中饲养至成年。这些成年鱼随后与未暴露的鱼交配，产生F1代。结果显示，F0代和F1代幼体都出现了心律不齐，并且血流量增加。对F0代幼体的转录组分析显示，调控心肌细胞发育、分化和凋亡的通路显著富集。在两代成年鱼的心脏中，与心脏功能相关的关键基因（nkx2.5、fli1、atp2al1和atp2a2a）上调，同时参与心脏发育和钙稳态的基因也上调，表明心脏发育受损。重要的是，细胞染色显示心脏功能的下降与心肌细胞凋亡增加密切相关。此外，遗传因素也被证明对跨代心脏缺陷有显著影响。总体而言，本研究为农药引起的先天性心脏病提供了新的机制见解，强调了凋亡和基因失调在跨代心脏毒性中的作用。

引言

作为一类高效且低毒性的新型杀菌剂，三唑类杀菌剂（TFs）已在农业、医药和城市建设中得到广泛应用。近年来，TFs的全球市场增长了2.9倍，使其成为世界上使用最广泛的杀菌剂类别，因为它们能有效控制多种真菌病害（Souders等人，2019年）。然而，TFs容易在土壤和水体等环境介质中持续存在，通过生物累积对非目标生物构成威胁。在中国江苏省的地表水中，苯醚甲硝唑和三唑醇的最高检测浓度分别为10.8 ng/L和6.72 ng/L（Zhou等人，2020年）；在土耳其埃尔金河的沉积物中，戊唑醇的最大浓度为165.13 ng/L（Tokatli，2020年）。最近，氟菌唑（FLU）成为最持久的三唑类杀菌剂之一，在中国青岛的地表水中的浓度为7.45 μg/L（Ma等人，2020年），而在泰国的河水和稻田中的浓度可高达24.97 μg/L（Seebunrueng等人，2021年）。此外，喷洒后FLU在苹果中的半衰期超过7天（Yu等人，2011年）。因此，FLU可能通过吸入、饮食摄入和皮肤接触进入人体，对健康构成风险，引发了对杀菌剂安全性的担忧。

斑马鱼胚胎在早期发育过程中接触三唑类杀菌剂会扰乱正常的器官形成（Shen和Zuo，2020年）。例如，接触 difenoconazole 会导致斑马鱼胚胎出现发育畸形和神经发育异常（Yang等人，2023年）。Prothioconazole 处理会抑制斑马鱼胚胎的孵化，降低其体长，并导致心包和卵黄囊肿的形成（Tian等人，2019年）。接触 amisulbrom 会引起斑马鱼胚胎严重的发育异常，尤其是心血管异常（Ma和Li，2021年）。Triadimenol 处理的斑马鱼幼体心脏和血管会出现结构异常（Park等人，2023年）。然而，仍有一些问题需要进一步研究：这些缺陷对心脏发育（包括形态和功能）的影响是什么？如果会遗传的话，涉及哪些通路？

越来越多的研究表明，父母的表观遗传变化会影响后代的某些疾病（Nicolella和de Assis，2022年）。胎儿在孕期的环境污染物暴露会导致表观基因组失调，从而在儿童期和成年期甚至跨代出现不良状况（Perera和Herbstman，2011年）。成年期接触聚苯乙烯纳米塑料会损害F1代斑马鱼胚胎的发育，导致自发运动减少、孵化率和体长下降（Teng等人，2022年）。成年期接触2,2′,4,4′-四溴二苯醚会抑制F0代斑马鱼的繁殖能力，改变内分泌系统，并影响F1代斑马鱼的颅面骨骼和脊椎发育（Huang等人，2023年）。接触菲蒽的斑马鱼胚胎在F1代幼体中表现出心脏异常和功能障碍，包括心率加快、心律不齐、心脏肥大和异常收缩（Zhang等人，2023年）。然而，关于环境污染物跨代效应的研究仍然很少，尤其是那些由早期生活环境污染物引起的效应，因为这一时期表观遗传变化的巨大可塑性可能会促进后续疾病的发展。

在本研究中，斑马鱼胚胎被暴露于不同浓度的FLU（0.5、1和2 μmol/L），我们重点观察了F0代和F1代的心脏发育，以确定胚胎FLU暴露是否会导致跨代效应及其机制。作为模式生物，斑马鱼具有多个优势，如繁殖能力强、世代间隔短、胚胎透明以及与人类的基因相似性高。这些特性支持了斑马鱼在环境跨代遗传学研究中的广泛应用。

部分摘录

化学物质

FLU（纯度≥98%）购自中国江苏的Sword Agrochemicals公司。FLU的储备溶液（0.1 mol/L）在高纯度二甲基亚砜（DMSO）中配制，并在-20°C下避光保存，以减少冻融循环和光降解。工作暴露溶液每天通过将储备溶液稀释到E3水中（5 mmol/L NaCl、0.17 mmol/L KCl、0.33 mmol/L CaCl₂、0.33 mmol/L MgSO₄，pH：7.2 ± 0.2）来新鲜配制。所有暴露溶液均保存在琥珀色容器中。

FLU对幼体发育的影响

为了研究不同浓度的FLU对F0代斑马鱼早期发育的影响，测量了F0代斑马鱼胚胎的基本指标（死亡率、孵化率和畸形率）。在96小时培养后，F0代胚胎的累积死亡率随FLU浓度的增加而增加，特别是在2 μmol/L时，死亡率达到了19.33%，显著高于对照组胚胎（图1a）。随着FLU浓度的增加，F0代

讨论

研究表明，环境干扰物会导致非目标生物的发育异常，有机农药的过度使用可能导致其在水生生物体内积累，影响其生长和发育。由于心脏是斑马鱼胚胎中最早完全发育的器官，因此心脏发育的变化对于研究早期发育毒性至关重要（Kemmler等人，2021年）。透明的胚胎和快速的心脏组织发育使得

结论

本研究表明，斑马鱼胚胎接触FLU会导致跨代心脏发育缺陷。潜在机制可能涉及凋亡，进而导致与心脏发育和功能相关的关键基因mRNA水平降低。这是首次在环境相关浓度下发现FLU的跨代毒性，为评估三唑类杀菌剂的风险提供了新的视角。

作者贡献声明

王月：撰写——初稿，资源部分。柴梦丹：数据管理。周子玲：正式分析。李光科：资源部分。桑楠：撰写——审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（编号22406119和22276117）和山西省自然科学基金（编号202403021222324）的支持。