河豚（Takifugu rubripes）肝脏和皮肤中对河豚毒素（Tetrodotoxin）作用的器官特异性蛋白质组学反应

时间：2026年3月27日

来源：Toxicon

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河豚毒素（TTX）在肝和皮肤中的积累机制及蛋白组学分析。通过比较肝和皮肤的蛋白组学，发现肝中有361个差异蛋白，皮肤282个，主要涉及细胞骨架、炎症反应及能量代谢重编程。肝中PSTBP2蛋白表达上调1.58倍，皮肤则通过蛋白质合成和p53信号通路维持组织修复。

九州大学农学部海洋环境科学实验室，日本福冈市西区本丘744，邮编819-0395

摘要

河豚Takifugu rubripes会积累强效神经毒素河豚毒素（TTX），这引发了严重的食品安全问题。尽管已知TTX是通过食物链进入体内的，但其积累的分子机制仍不甚明了。在本研究中，我们对T. rubripes在肌肉注射亚致死剂量TTX后的肝脏和皮肤（其主要积累部位）进行了比较蛋白质组学分析。LC/MS分析证实，24小时后，肝脏中的TTX浓度最高（11.80 ± 3.31 μg/g），其次是皮肤（2.41 ± 0.60 μg/g）。蛋白质组学分析在肝脏和皮肤中分别发现了361种和282种差异表达蛋白（DEPs）。GO和KEGG通路分析显示了与应激相关的系统反应。在肝脏中，上调的DEPs主要富集在细胞骨架相关通路（例如，焦点粘附）和炎症/免疫相关通路（例如，沙门氏菌感染）中，同时TTX结合蛋白PSTBP 2型增加了1.58倍。核糖体相关蛋白的下调表明能量被重新分配到防御过程中。皮肤也表现出细胞骨架相关通路（例如，紧密连接）的上调，这与细胞修复有关。然而，皮肤还显示出蛋白质合成通路（例如，氨酰-tRNA生物合成）的活跃上调以及p53信号通路的下调，表明其采取了促进生存和组织维持的策略。总体而言，这些发现揭示了组织特异性的代谢重编程，并突出了关键候选蛋白（如PSTBP2），有助于我们进一步理解TTX的积累机制，并可能为未来的缓解策略提供帮助。

引言

Takifugu rubripes是一种重要的物种，在日本等地广泛养殖和捕捞。与其他河豚科鱼类一样，T. rubripes含有河豚毒素（TTX）及其类似物，这种强效神经毒素会特异性结合肌肉和神经组织中的电压门控钠通道，从而阻断钠离子流入并抑制动作电位的传播（Fozzard和Lipkind，2010；Geffeney和Ruben，2006；Kao，1982；Lee和Ruben，2008）。因此，TTX会导致瘫痪，在严重情况下可能导致呼吸衰竭和死亡。包括死亡案例在内的TTX中毒事件已在东亚国家记录在案，特别是在日本（How等人，2003；Yamanaka，Hideaki，1986）。除了神经毒性外，TTX还被认为在河豚中具有多种生理和生态作用，如作为对抗捕食者的化学防御物质、性吸引剂、保护性表面屏障以及应激调节剂（Amano等人，2019；Itoi等人，2016）。尽管如此，TTX的水平在不同物种和性别之间以及在不同组织和器官之间都有显著差异，甚至在同一个体内部也会随季节变化而变化（Lorentz等人，2016）。

普遍认为河豚通过食物链从外部获取TTX，其来源是海洋细菌（Bane等人，2014；Chau等人，2013；Noguchi等人，2006a；Pratheepa和Vasconcelos，2013），尽管这些微生物中的TTX生物合成途径尚未明确。此外，已有大量文献记录了TTX的多种环境来源；例如，扁虫Planocera multitentaculata（Itoi等人，2020）和带虫Cephalothrix simula（Kajihara等人，2013）也被报道为重要的TTX来源。Zhang等人（2024）的最新综述进一步总结了各种生物体（包括石蛾幼虫Limnophilus spp.）在复杂的TTX相关食物网中的作用。

支持营养积累假说的证据表明，当非毒性河豚在一定时间内喂食含TTX的食物时，它们能够在特定组织中有效积累TTX（Honda等人，2005；Kono等人，2008）。相反，当河豚被喂食无毒素食物时，TTX的毒性会降低（Noguchi等人，2006a，2006b）。口服实验进一步证明，TTX最初从胃肠道吸收进入血液，随后沉积在肝脏中，再分布到其他组织和器官（Wang等人，2012）。

最近的研究表明，T. rubripes中的TTX积累部位会随发育阶段而变化。例如，Ikeda等人（2009）报告在幼年T. rubripes的皮肤中偶尔检测到TTX。在另一项研究中，4个月大的无毒培养幼鱼肌肉注射TTX后，毒素迁移到并积累在表皮基底细胞中，尽管皮肤中没有专门的毒素分泌腺体（Kodama等人，1986）。Tatsuno等人（2013a）报告称，在口服TTX后24小时内，毒素主要积累在6个月大的幼鱼的皮肤中，而在15个月大的成年鱼的肝脏中。Tatsuno等人（2022）进一步证明，当TTX口服给予成熟的3岁鱼时，24小时后毒素在肝脏和卵巢中积累，而在皮肤中未检测到积累。这些发现表明，TTX的积累模式可能因物种和发育阶段而异。然而，控制河豚中TTX摄取、运输和储存的分子机制仍大部分未知。鉴于TTX是一种强效神经毒素，而T. rubripes等物种在东亚具有很高的水产养殖和商业价值，阐明河豚中TTX积累和代谢的基本机制是减少中毒风险和确保食品安全的紧迫任务。

值得注意的是，在T. pardalis的血浆中鉴定出一种河豚毒素和河豚毒素结合蛋白（PSTBP）。PSTBP是一种非共价同源二聚体，在许多有毒Takifugu物种中普遍存在，表明它参与了TTX的结合和运输（Tokur和Korkmaz，2021；Yotsu-Yamashita等人，2013，2010，2001）。尽管其确切作用尚不清楚，但也提出了肝脏中可能存在TTX转运蛋白的假设。在与T. rubripes密切相关的T.pardalis中，已在肝脏和皮肤中确认其存在，这是TTX的主要积累部位（Yotsu-Yamashita等人，2010）。此外，最近在脑中也鉴定出了PSTBP的同源物（Amano等人，2024），并且也有报道在脑中积累TTX（Okita等人，2013）。这些发现表明PSTBP在TTX的分布和运输中起着重要作用。尽管已经鉴定出几种候选分子，但对TTX积累机制的全面理解仍然不足。

组学技术的进步——特别是基因组学和蛋白质组学——现在能够同时检测数千个基因和蛋白质，为揭示复杂的生物过程提供了强大的工具。T. rubripes特别适合采用这些方法，因为其基因组已被完全测序并公开可用。在组学技术中，蛋白质组学能够全面分析蛋白质，这些蛋白质是代谢和生理中的关键功能分子，对于研究细胞对环境刺激的反应尤为重要。尽管已经在渤海、黄海和东海分布的Takifugu flavidus（Feng等人，2021）上进行了蛋白质组学研究，但很少有研究将蛋白质组学应用于研究在日本具有重大经济价值的T. rubripes中的TTX积累的分子基础。此外，尽管已经确定皮肤是幼年T. rubripes中TTX的主要积累部位，但尚未对该组织进行蛋白质组学分析。

在这项研究中，我们对暴露于TTX的T. rubripes的肝脏和皮肤（两个主要的TTX积累部位）进行了比较蛋白质组学分析，以阐明TTX积累的分子机制。通过鉴定和功能注释差异表达蛋白（DEPs），我们旨在揭示与TTX摄取、运输和储存相关的候选分子。我们的发现有望加深对河豚中毒分子基础的理解，从而支持开发无毒个体和有效利用未充分利用的生物资源（如富含蛋白质的肝脏）。

部分内容

河豚标本和饲养条件

我们从长崎县平户市的养鱼户处获得了8个月大的T. rubripes标本（体长14.4 ± 0.8厘米，体重69.3 ± 12.5克，n = 10）。将鱼运送到实验室后，分为两组：对照组（n = 5）和TTX处理组（n = 5）。每组分别饲养在三个70升的塑料水箱中（总共六个水箱），每个水箱含有50升天然海水（盐度30.8），每个水箱中放两条或一条鱼。

组织中的TTX浓度

在任何对照组织中均未检测到TTX（低于检测限）。在TTX处理组中，浓度（平均值 ± 标准差，n = 5）最高的是肝脏（11.80 ± 3.31 μg/g），其次是皮肤（2.41 ± 0.60 μg/g）和肌肉（0.01 ± 0.02 μg/g）。TTX处理组三种组织中的TTX浓度存在显著差异（Steel–Dwass检验，p < 0.05）（图1）。

蛋白质组学分析

在本研究中，从Takifugu rubripes的肝脏提取物中鉴定出总共10,269种蛋白质。

讨论

先前的研究表明，强效河豚毒素TTX是由海洋微生物产生的，并通过食物链在河豚体内积累（Noguchi和Arakawa，2008）。然而，TTX积累和保留的精确机制仍大部分未知。特别是关于蛋白质水平的生物学反应的信息很少，而蛋白质层执行着生理反应。

在本研究中，我们

结论

本研究通过检测T. rubripes在TTX处理后的肝脏和皮肤中的蛋白质组学反应，探讨了TTX积累的机制。我们的发现表明，TTX暴露会导致组织特异性的代谢重编程。肝脏表现出能量节约的特征，表现为核糖体相关蛋白的下调，同时将资源重新分配到细胞保护中，通过炎症反应和PSTBP2表达的增加来实现。

作者贡献声明

本多雅人：写作 – 审稿与编辑。北村和真：研究。木村隼人：研究。井上翔马：研究。班马武：形式分析。岛崎洋平：写作 – 审稿与编辑、监督、资金获取、概念化。小林惠美子：形式分析。大岛雄二：项目管理。龙野亮平：写作 – 审稿与编辑、研究、概念化。山口健一：写作 – 审稿与编辑、方法学。小野夏月：原创写作