多氯聯(lián)苯對水生動(dòng)物致毒及解毒機(jī)理

■許友卿 李云杰 丁兆坤

(廣西大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)研究所廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖與營養(yǎng)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530004)

多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls，PCBs)是聯(lián)苯的一個(gè)以上氫原子被氯原子取代而形成的具有持久性的有機(jī)污染物，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有209種同分異構(gòu)體[1]。PCBs對生物的生殖、神經(jīng)、內(nèi)分泌等系統(tǒng)都有毒害作用[2]；PCBs為脂溶性，易通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物與人體，致癌、致畸及基因突變[3-5]。雖然PCBs早已停止生產(chǎn)和使用，但在土壤和水中仍存在著大量的PCBs，這些污染物無時(shí)無刻都在通過各種途徑尤是食物鏈危害水生動(dòng)物和人類健康[6-7]。

目前許多研究主要集中于其影響(致毒)方面，研究其致毒機(jī)理相對較少，研究解毒及解毒機(jī)理的更少。

本文重點(diǎn)綜述PCBs對水生動(dòng)物致毒及其機(jī)理、解毒及其機(jī)理研究進(jìn)展，以便更深入地研究之，為控制、防治PCBs污染和危害，保護(hù)水生動(dòng)物和生態(tài)環(huán)境，發(fā)展可持續(xù)的漁業(yè)，進(jìn)而保障人類健康提供科學(xué)參考。

1 PCBs對水生動(dòng)物致毒及其機(jī)理

1.1 PCBs對水生動(dòng)物的影響(致毒)

PCBs導(dǎo)致水生動(dòng)物發(fā)育畸形。斑馬魚(Barchydanio rerio var)胚胎暴露于PCB126環(huán)境下，出現(xiàn)心包和卵黃囊水腫、損傷下頜增長、脊柱彎曲、頭部水腫等發(fā)育畸形，畸形率隨PCBs濃度增加而增加[8]。Lyche等[9]指出，包括PCBs等的多種持久性有機(jī)污染物能引起斑馬魚(Barchydanio rerio var)胚胎畸形、存活率降低、內(nèi)分泌系統(tǒng)的基因轉(zhuǎn)錄水平改變和其他機(jī)能障礙。

PCBs影響水生動(dòng)物的生存、生長和繁殖。剛出膜黑頭呆魚(Pimephales promelas)暴露于4.7 μg/l多氯聯(lián)苯混合物(Aroclor 1248)30 d后，50%的魚死亡[10]。Hansen等[11]指出，32 μg/l和100 μg/l多氯聯(lián)苯混合物（Aroclor 1016）可致鱸魚(Cyprinodon variegatus)胚胎和稚幼魚大量死亡。PCBs影響歐洲深海的虎鯨和其他一些海豚的生長，抑制產(chǎn)卵[12]。

PCBs影響水生動(dòng)物的發(fā)育和雌雄比。Bergeron等[13]指出，羥基多氯聯(lián)苯(OH-PCBs)影響海龜?shù)男詣e，能使雄轉(zhuǎn)雌。Khan等[14]對處于性腺發(fā)育初期的雄性黃花魚(Micropogonias undulatus)，按照1 mg多氯聯(lián)苯混合物（Aroelor 1264）∶1 kg魚體重，連續(xù)暴毒30 d，發(fā)現(xiàn)多氯聯(lián)苯混合物(Aroelor 1264)可影響下丘腦視前區(qū)合成促性腺激素釋放激素(GnRH)，使視前區(qū)GnRH含量降低，垂體GnRH受體下調(diào),導(dǎo)致促黃體生成素和雄性激素合成減少，精巢發(fā)育受阻。因此推測PCBs直接作用于下丘腦GnRH神經(jīng)元或間接通過神經(jīng)遞質(zhì)來影響GnRH的合成而造成雌性化。

PCBs的濃度不同，影響相異。低濃度(0.5 μg/l和1.0 μg/l)多氯聯(lián)苯混合物(Aroelor 1254)暴露會激活櫛孔扇貝[Chlamys(Azumapecten)Farreri]鰓絲Na+/K+-ATPase活力；然而，高濃度(10.0 μg/l和50.0 μg/l)多氯聯(lián)苯混合物(Aroelor 1254)抑制Na+/K+-ATPase活力，每個(gè)測定時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果都如此[15]。

1.2 PCBs對水生動(dòng)物致毒的機(jī)理

1.2.1 通過芳香烴受體途徑致毒

芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)是一種配體激活轉(zhuǎn)錄因子，可介導(dǎo)多環(huán)芳烴類化合物的毒性(包括致癌性)反應(yīng)，還參與一些重要的生物學(xué)過程，如信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡等[16-17]。PCBs與芳香烴受體結(jié)合，便轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核，與核芳香烴受體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)合，激活核內(nèi)靶基因即細(xì)胞色素450(cytochrome P450,CYP)的表達(dá)[18]，合成一些能夠氧化代謝外來毒物的酶，產(chǎn)生一些高致癌性中間產(chǎn)物，危害抗氧化酶，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡或癌癥[19-20]。暴露于PCB126(100 nM)環(huán)境下24 h后，健康棘魚(Gasterosteus aculeatus)細(xì)胞色素酶P4501A、P4501B1、P4501C1和P4501C2含量分別增加100、3、2、16倍[21]。

PCBs刺激大西洋鳉魚(Fundulus heteroclitus)體內(nèi)AhR表達(dá)，胚胎氧化應(yīng)激和嚴(yán)重畸形，而過氧化氫酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶α(GSTA)和超氧化物歧化酶的基因表達(dá)下降[22]。

1.2.2 通過線粒體途徑致毒

線粒體既是氧化磷酸化的中心，又是細(xì)胞凋亡調(diào)控的中心。線粒體在細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要的作用[23]。PCBs可在體內(nèi)生成羥基多氯聯(lián)苯(OH-PCBs)[24-26]，抑制線粒體的氧化磷酸化[27]；OH-PCBs增加肝細(xì)胞線粒體氧自由基，并作用于線粒體DNA及其轉(zhuǎn)錄和翻譯系統(tǒng)，阻斷細(xì)胞色素C氧化酶(cytochrome C oxidase,COX)合成，障礙呼吸鏈，增加電子泄露，導(dǎo)致線粒體內(nèi)產(chǎn)生大量的單價(jià)氧，增加類脂過氧化產(chǎn)物，降低鈣泵Ca2+-ATPase和鎂泵Mg2+-ATPase活性，導(dǎo)致細(xì)胞膜內(nèi)鈣超載、線粒體膜電位降低，氧化磷酸化障礙，最終造成細(xì)胞壞死[28]。

1.2.3 通過影響基因表達(dá)致毒

PCBs能顯著提高機(jī)體CYP1A基因和金屬硫蛋白(metallothionein,MT)基因的表達(dá)[29]。PCB126誘導(dǎo)發(fā)育毒性和凋亡模型，是由于氧化應(yīng)激通過擾亂谷胱甘肽代謝和改變Nrf2基因的表達(dá)[30]。把紅耳龜(Trachemys scripta)的胚胎暴露于PCBs環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)其負(fù)責(zé)性腺分化基因的轉(zhuǎn)錄譜被改變[31]。暴露于PCBs環(huán)境下的斑馬魚(Barchydanio rerio var)仔魚視覺反應(yīng)下降，視網(wǎng)膜感光細(xì)胞發(fā)育的相關(guān)基因CRX，RHO和SWS1的表達(dá)下降[32]。暴露于0.5 mg/l和1 mg/l PCBs環(huán)境下，導(dǎo)致幼年斑馬魚(Barchydanio rerio var)視動(dòng)反應(yīng)行為異常及感光細(xì)胞發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)下降[33]。

2 PCBs的解毒及其機(jī)理

除去環(huán)境中的多氯聯(lián)苯，主要通過物理法、化學(xué)法和生物法[34]，常用飼料添加劑解毒方法有下面幾種。

2.1 硒解毒

硒(Se)是人和動(dòng)物的必需微量元素，在調(diào)節(jié)甲狀腺激素代謝、機(jī)體免疫和抗氧化中發(fā)揮重要的作用[35-36]。添加硒可減少由PCBs造成的DNA加和物[37]。適當(dāng)補(bǔ)充微量營養(yǎng)素對降低PCBs的毒性，保護(hù)水產(chǎn)動(dòng)物免受或少受PCBs毒害是有積極意義的，但是過量的硒對水生動(dòng)物有毒害作用[38]。

2.2 維生素E解毒

給魚投喂含植物油、VA、VE、VC等微量營養(yǎng)素的飼料，可以降低有機(jī)污染物的毒害，增強(qiáng)抵抗力[39]。其中VE具有多種生理作用，抗氧化是其重要作用之一[40-42]。VE能夠降低魚體中脂質(zhì)過氧化水平[43]，抑制肝內(nèi)脂質(zhì)過氧化反應(yīng)[44]。用添加VE的飼料投喂黑鯛(Mylio macrocephalus czerskii Berg)幼魚9周，顯著降低魚肝的脂過氧化物——丙二醛(MDA)含量[45]。Garg等(2009)[46]也指出，VE降低過氧化脂質(zhì)水平，提高谷胱甘肽(GSH)含量，增強(qiáng)谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST)活性。

2.3 大蒜素解毒

大蒜素作為飼料添加劑具有很好的抗應(yīng)激，提高免疫力[47]，促進(jìn)生長發(fā)育等作用[48]。Abdel-Daim等(2015)[49]發(fā)現(xiàn)，投喂大蒜素可改善由溴氰菊酯(1.46 mg/l，28 d)誘導(dǎo)的尼羅羅非魚(Nile tilapia)氧化應(yīng)激。大蒜素還能增強(qiáng)蝦的免疫力和抗病力[50]，改善鱸魚(Dicentrarcus labrax)的生長性能、飼料利用率和存活率[51]。

2.4 黃酮類解毒

添加黃酮類生物活性成分可改善PCB的毒性作用[52]。大豆異黃酮(soy isoflavones,SI)是一種具有多酚結(jié)構(gòu)混合物[53]，能直接抗氧化作用——抑制過氧化物產(chǎn)生，和間接抗氧化作用——增加抗氧化酶活性[54]。這是由于酚羥基作為供氧體，能與自由基反應(yīng)使之生成相應(yīng)的離子或分子而熄滅自由基，終止自由基的連鎖反應(yīng)[55]。

大豆甙元(Daidzein,DAI)是一類廣泛分布在豆類植物中的多酚類化合物，具有抗氧化作用[56]，它可以通過直接清除活性氧自由基起到解毒作用[57]。添加DAI可緩解PCBs的細(xì)胞毒性，恢復(fù)細(xì)胞活性，使乳酸脫氫酶(LDH)釋放量、MDA含量、SOD活性和GSH含量恢復(fù)到對照組水平。DAI通過抗氧化作用而緩解PCBs引起的氧化損傷[58]。

2.5 其他解毒

可用微生物降解PCBs[59]。也可用環(huán)糊精(CD)的聚合物除去油中的污染物PCBs[60]。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，PCBs可通過多種途徑危害生物體。但其致毒和解毒機(jī)理尚待研究。未來應(yīng)該綜合利用多學(xué)科，從基因、分子、細(xì)胞、器官和整體水平，多層次地全面深入地研究PCBs對生物特別是水生動(dòng)物的影響及解毒方法，特別要注重用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)從分子和基因水平研究其機(jī)理，其中應(yīng)注意下述問題：PCBs致毒的主靶器官、基因及機(jī)理，對PCBs敏感的生物標(biāo)記物，PCBs在機(jī)體內(nèi)的遷移，PCBs在體內(nèi)降解、排除的機(jī)制，PCBs解毒的方法及機(jī)理。