李 箏，李 慧，李 莉，高 巖，周傳江，孔祥會(huì)

( 河南師范大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，河南省水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，水產(chǎn)動(dòng)物疾病控制河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007 )

水生動(dòng)物標(biāo)志物評(píng)價(jià)鎘污染的研究進(jìn)展

李 箏，李 慧，李 莉，高 巖，周傳江，孔祥會(huì)

( 河南師范大學(xué) 水產(chǎn)學(xué)院，河南省水產(chǎn)動(dòng)物養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，水產(chǎn)動(dòng)物疾病控制河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007 )

鎘污染；生物標(biāo)志物；水生動(dòng)物

鎘是廣泛存在于自然環(huán)境中的一類化學(xué)元素，其化合物易溶于水，采礦業(yè)和含鎘工業(yè)周邊水體往往鎘含量較高，對(duì)周圍環(huán)境造成了極大危害[1]。環(huán)境中高含量的鎘，可對(duì)生物機(jī)體造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致多種器官出現(xiàn)腫瘤，損傷DNA，影響DNA修復(fù)及促進(jìn)細(xì)胞增生，導(dǎo)致機(jī)體出現(xiàn)畸變、癌變、突變[2]。由于生物體對(duì)鎘脅迫的調(diào)節(jié)能力有限，而且在體內(nèi)不易通過轉(zhuǎn)換作用形成有效排泄，容易在生物體內(nèi)蓄積并最終通過食物鏈影響到人類的健康。當(dāng)前，全世界每年向環(huán)境中釋放鎘的總量為30 000 t，其中82%～94%進(jìn)入土壤，繼而部分隨著降雨進(jìn)入水體。2007年 “鎘大米”事件導(dǎo)致人們對(duì)鎘污染再次廣泛關(guān)注，農(nóng)業(yè)部稻米及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心的抽查結(jié)果顯示，在所抽檢樣品中，約10%的樣品鎘含量超標(biāo)。鎘是生物生長發(fā)育的非必需元素，幾乎對(duì)所有水生動(dòng)物都有毒性[3-4]。水體中的鎘通過呼吸、消化、體表滲透等途徑進(jìn)入水生動(dòng)物體內(nèi)[5]。作為大多數(shù)終生生活于水體中的水生動(dòng)物來說，因缺乏主動(dòng)離開水體的能力，只能被動(dòng)暴露于鎘超標(biāo)的水體中，其組織器官、生理機(jī)能甚至遺傳特性必將發(fā)生相應(yīng)的變化。生物標(biāo)志物是生物體受環(huán)境污染物嚴(yán)重?fù)p害之前，在生物體分子、細(xì)胞和個(gè)體水平上出現(xiàn)的異?；纳飳W(xué)特征[6]。生物標(biāo)志物可以對(duì)嚴(yán)重鎘毒害提供早期預(yù)警，不僅有助于確定生物體所受影響及潛在危害，還可用于監(jiān)測環(huán)境中污染物水平。生物標(biāo)志物的種類繁多，且缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)加以區(qū)分，戴偉[7]根據(jù)有毒物質(zhì)對(duì)水生生物毒性效應(yīng)將重金屬生物標(biāo)志物分為暴露生物標(biāo)志物、效應(yīng)生物標(biāo)志物和易感性生物標(biāo)志物。筆者通過綜述水生動(dòng)物標(biāo)志物評(píng)估鎘污染的研究進(jìn)展，以期對(duì)鎘污染的早期預(yù)警和生態(tài)控制提供參考依據(jù)。

1 暴露生物標(biāo)志物

暴露生物標(biāo)志物一般采用測定生物體內(nèi)特定污染物或其代謝物，或者與生物分子相互作用形成的產(chǎn)物來監(jiān)測環(huán)境污染物。研究表明，水環(huán)境中隨著重金屬暴露劑量的增加及暴露時(shí)間的延長，魚體內(nèi)重金屬的蓄積量隨之增加，且呈劑量—效應(yīng)關(guān)系[8-9]。張乾通[10]對(duì)鎘污染區(qū)域的魚類、軟體類、甲殼類、藻類生物體內(nèi)鎘含量檢測顯示，鎘超標(biāo)率為：藻類>軟體類>魚類>甲殼類?？耸显r(Procambarusclarkii)在鎘暴露9 d后，鎘在肝胰腺、鰓和肌肉中富集量依次為肝胰腺>鰓>肌肉，富集量與暴露時(shí)間和水體中鎘含量分別呈現(xiàn)正相關(guān)[11]。根據(jù)張玄可[12]的研究，鲇魚(Silurusasotus)的體長或體質(zhì)量與其年齡密切相關(guān)，鲇魚體內(nèi)鎘含量測定中，在一定年齡范圍內(nèi)，鎘含量隨著體質(zhì)量或體長的增加而明顯增加。徐青[13]對(duì)5個(gè)地區(qū)淡水魚、甲殼類及貝類重金屬含量研究中，對(duì)5個(gè)采樣區(qū)的重金屬含量進(jìn)行了差異性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鎘含量存在顯著性差異(P<0.01)，其中，鎘的平均含量在湘江最高；比較 5 個(gè)地區(qū)魚種中的重金屬含量，與其他4個(gè)地區(qū)相比，湘江中魚體鎘含量明顯偏高；比較淀山湖地區(qū)淡水魚、貝類、甲殼類生物間的重金屬含量差異，對(duì)于鎘的含量，發(fā)現(xiàn)物種間存在顯著差異(P<0.05)。由此可見，不同地區(qū)、不同物種、不同組織中水生動(dòng)物重金屬鎘蓄積量存在明顯差異。

重金屬在生物體內(nèi)的蓄積受多種因素影響，如生物種類、個(gè)體大小、組織器官以及環(huán)境因素等。因此，在對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物進(jìn)行重金屬含量檢測和評(píng)估時(shí)，必須綜合考慮多種因素才能得到更準(zhǔn)確的結(jié)論。

2 效應(yīng)生物標(biāo)志物

效應(yīng)生物標(biāo)志物指示污染物對(duì)生物體健康狀況的損害效應(yīng)，它可以解釋污染物毒性效應(yīng)的分子反應(yīng)[7]。效應(yīng)生物標(biāo)志物大部分是酶類，還有一些大分子物質(zhì)，研究主要集中在在分子及細(xì)胞水平上。

2 .1 氧化應(yīng)激和氧化損傷生物標(biāo)志物

水環(huán)境中鎘等重金屬的存在，對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的危害。許多污染物可參與生物體內(nèi)的氧化還原循環(huán)，產(chǎn)生大量的活性氧，從而導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)DNA斷裂、脂質(zhì)過氧化、酶失活等氧化應(yīng)激[14-15]，對(duì)生物體造成嚴(yán)重影響。因此，需氧生物依賴機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)以阻止氧化損傷?？寡趸烙到y(tǒng)的一個(gè)重要特征是其活性成分或含量可由于污染的脅迫而發(fā)生改變，因而常作為環(huán)境污染脅迫的指標(biāo)[16]，以評(píng)價(jià)環(huán)境污染水平?？寡趸笜?biāo)用于生物標(biāo)志物的主要有超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶、谷胱甘肽以及小分子抗氧化物質(zhì)等。超氧化物歧化酶是細(xì)胞內(nèi)最有效的抗氧化酶之一，是生物體內(nèi)清除活性氧，從而保護(hù)機(jī)體組織的第一道防線，生物體可通過超氧化物歧化酶等應(yīng)激變化來調(diào)節(jié)或抵抗氧化脅迫[14]。研究表明，水生動(dòng)物在重金屬鎘脅迫下，超氧化物歧化酶活性會(huì)升高來抵御外界刺激，但是在重度脅迫下，超氧化物歧化酶會(huì)降低，這時(shí)生物積累大量活性氧自由基，導(dǎo)致機(jī)體受損[17-19]。在對(duì)克氏原螯蝦研究中，過氧化氫酶活性隨鎘含量而改變，當(dāng)輕度鎘脅迫時(shí)過氧化氫酶活性升高，重度脅迫下活性降低，導(dǎo)致機(jī)體受損，可能是重度脅迫下，機(jī)體自我修復(fù)能力受到損傷[20]。重金屬鎘進(jìn)入魚體后，引起魚體氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生大量活性氧自由基，誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化損傷產(chǎn)物丙二醛產(chǎn)生[21]。丙二醛是脂質(zhì)過氧化的最終分解產(chǎn)物，可以反映脂質(zhì)過氧化程度。賈景濤等[22]對(duì)不同水平飼料鎘對(duì)尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)肝胰臟抗氧化能力的影響研究中，鎘水平在0～400 mg/kg的5個(gè)處理中，羅非魚肝胰臟中丙二醛的量隨鎘含量升高而升高，并具有劑量—效應(yīng)關(guān)系，說明隨著鎘水平升高，羅非魚肝胰臟氧化損傷程度隨之增加。鎘暴露南方鲇 (S.meridionalis)生理指標(biāo)研究中，通過對(duì)過氧化氫酶和超氧化物歧化酶的活性，谷胱甘肽和丙二醛的含量測定，結(jié)果顯示，隨著時(shí)間和含量的增加，抗氧化酶的活性先升后降，隨著鎘含量增加脂質(zhì)過氧化損傷隨之增加[23]。在鎘暴露尼羅羅非魚研究中，不同暴露組肝臟組織中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽含量顯著高于腎臟、脾臟、肌肉和鰓，同時(shí)，肝臟組織中超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性與水體中鎘暴露含量呈現(xiàn)明顯的劑量—效應(yīng)關(guān)系[24]。

酶活性易受外界因素影響，抗氧化酶活性變化間接反映生物受鎘污染程度。選取抗氧化酶作生物標(biāo)志物時(shí)，必須考慮多種因素的影響，保證試驗(yàn)結(jié)果可靠?；钚匝踉谏矬w內(nèi)存在時(shí)間短且含量很低，很難檢測，因此，以活性氧做生物標(biāo)志物的報(bào)道極少，大多采用測定脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物間接反映活性氧含量。

2.2 乙酰膽堿酯酶

乙酰膽堿酯酶是大部分水生動(dòng)物感受器和主要神經(jīng)傳遞物質(zhì)，其活性的抑制或誘導(dǎo)均能對(duì)動(dòng)物體造成毒性效應(yīng)，因此，可作為特異性生物標(biāo)志物，評(píng)估神經(jīng)傳導(dǎo)活動(dòng)。南方鲇受到Cd2+暴露14 d，腦中乙酰膽堿酯酶活性最初顯著降低，然后恢復(fù)到正常水平[25]。泥鰍(Misgurnusanguillicaudatus)在0.3 mg/L Cd2+暴露下，腦中乙酰膽堿酯酶活性顯著降低，且暴露時(shí)間越長，腦中乙酰膽堿酯酶活性越低[26]。

2.3 腺苷三磷酸酶及相關(guān)代謝酶

水產(chǎn)動(dòng)物體內(nèi)酶活性常作為健康養(yǎng)殖和水環(huán)境質(zhì)量評(píng)估的指標(biāo)。鎘可影響代謝酶活性，甚至使酶活性受到抑制，常見代謝酶主要包括腺苷三磷酸酶、轉(zhuǎn)氨酶、乳酸脫氫酶、堿性磷酸酶等，這些代謝酶對(duì)重金屬脅迫非常敏感，可作為生物標(biāo)志物評(píng)價(jià)鎘損害程度。腺苷三磷酸酶存在于各種生物膜結(jié)構(gòu)上，負(fù)責(zé)離子跨膜運(yùn)輸，在維持生物電現(xiàn)象、保持生理平衡和非電解質(zhì)運(yùn)輸中具有非常重要的作用，可作為多種水污染物脅迫的指標(biāo)[27]。鎘暴露下，鯽魚(Carassiusauratus)鰓和肝臟的Na+/K+-腺苷三磷酸酶活性呈劑量—效應(yīng)關(guān)系[28]。谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶是重要的氨基轉(zhuǎn)移酶，廣泛存在于動(dòng)物細(xì)胞線粒體中，在機(jī)體蛋白質(zhì)代謝中起重要作用。堿性磷酸酶在生物體核酸、蛋白質(zhì)和脂類等物質(zhì)代謝中起重要的作用。鎘對(duì)日本沼蝦(Macrobrachiumnipponense)的毒性研究中，隨著鎘含量的升高，肌肉中谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶活性逐漸降低，說明Cd2+對(duì)日本沼蝦兩種轉(zhuǎn)氨酶活性的影響具有明顯劑量—效應(yīng)關(guān)系，也反映出鎘離子對(duì)日本沼蝦組織結(jié)構(gòu)的傷害程度[29]。

采用抗氧化酶、乙酰膽堿酯酶以及各種代謝酶作為生物標(biāo)志物評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮酶活性與生物種類、器官組織、生理狀態(tài)等有關(guān)，而且還受外界因素(溫度、鹽度、酸堿性等)的影響，以酶作為生物標(biāo)志物時(shí)，應(yīng)結(jié)合其他指標(biāo)進(jìn)行鎘污染評(píng)價(jià)，以便獲得更可靠的結(jié)果。

2.4 熱休克蛋白基因家族

熱休克蛋白基因家族是一系列應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫的基因總稱[30-32]。熱休克蛋白一方面參與機(jī)體一些重要的細(xì)胞生理活動(dòng)，如蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位、折疊和裝配；另一方面，當(dāng)各種因素誘導(dǎo)熱休克蛋白合成后，其可穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)，維護(hù)細(xì)胞正常生理功能，提高機(jī)體相應(yīng)的適應(yīng)能力[33]。熱休克蛋白基因家族包含諸多成員，如熱休克蛋白20、熱休克蛋白60、熱休克蛋白70、熱休克蛋白90等，這些成員不僅對(duì)熱應(yīng)激有比較敏感的反應(yīng)，且對(duì)多種脅迫均有顯著的應(yīng)答反應(yīng)，如重金屬脅迫。Elran等[34]檢測了鎘脅迫下海葵(Nematostellavectensis)的轉(zhuǎn)錄組變化，結(jié)果表明包括熱休克蛋白在內(nèi)的多個(gè)基因家族成員均發(fā)生了改變。Kim等[35]研究了日本劍水蚤(Tigriopusjaponicus)在重金屬鎘脅迫下引發(fā)熱應(yīng)激蛋白家族成員的表達(dá)，多個(gè)熱休克蛋白成員對(duì)鎘產(chǎn)生了不同的表達(dá)變化，其中熱休克蛋白 20和熱休克蛋白70成員對(duì)鎘等產(chǎn)生了比較明顯的表達(dá)變化，這兩個(gè)基因被認(rèn)為是水生生物重金屬脅迫的新型生物標(biāo)志物。Choi等[36]研究了在重金屬鎘脅迫下長牡蠣(Crassostreagigas)熱休克蛋白90發(fā)生顯著變化，發(fā)現(xiàn)熱休克蛋白基因家族在應(yīng)對(duì)不利環(huán)境下的多重角色。露斯塔野鯪(Labeorohita)在鎘脅迫下，其腎臟、肝臟中熱休克蛋白47、熱休克蛋白60、 熱休克蛋白70、 熱休克蛋白78、熱休克蛋白90均有上調(diào)表達(dá)[37]。Jiang等[38]研究鎘脅迫對(duì)鯉魚(Cyprinuscarpio)熱休克蛋白的影響，結(jié)果顯示,鎘脅迫不僅可以引起肝臟和腦組織中熱休克蛋白60、熱休克蛋白70和熱休克蛋白90 mRNA 表達(dá)水平上升，而且還可引起熱休克蛋白60、熱休克蛋白70和熱休克蛋白90蛋白水平上升，表明重金屬暴露能夠引起魚體肝臟和腦組織熱休克蛋白的過表達(dá)。

2.5 遺傳毒性生物標(biāo)志物

脫氧核糖核酸攜帶的遺傳信息，是生物體內(nèi)重要的遺傳物質(zhì)。自然界中一些化學(xué)物質(zhì)和物理因子可損傷脫氧核糖核酸分子結(jié)構(gòu)[39]。鎘可造成機(jī)體內(nèi)細(xì)胞脫氧核糖核酸損傷，進(jìn)而引發(fā)毒性作用[40]。因此，將脫氧核糖核酸損傷作為重金屬污染的生物標(biāo)志物。微核試驗(yàn)和彗星試驗(yàn)常用來檢測脫氧核糖核酸損傷的程度。

微核是由染色體和染色單體的無著絲粒斷片，或紡錘體損傷后造成的染色體在細(xì)胞分裂中未包被于主核中。微核是細(xì)胞受遺傳毒物作用后形成的，細(xì)胞中微核形成數(shù)量可用來評(píng)估污染物的遺傳毒性[41]。尼羅羅非魚在鎘離子處理下核異常率和總核異常率在整個(gè)試驗(yàn)期間均與對(duì)照組有顯著差異，且隨著時(shí)間的延長呈上升趨勢，在14 d時(shí)達(dá)到最大值[43]。王楊科等[44]對(duì)鯽魚和泥鰍分別用含鎘溶液處理，結(jié)果表明鎘可誘導(dǎo)這兩種魚紅細(xì)胞產(chǎn)生微核，并在一定條件下呈現(xiàn)劑量—效應(yīng)和時(shí)間—效應(yīng)關(guān)系。根據(jù)毛曉宇等[45]的研究，四角蛤蜊(Mactraveneriformis)不同含量鎘暴露14 d后，各處理組微核率和總畸形核率隨脅迫含量的增高而逐漸增大，表明重金屬鎘對(duì)四角蛤蜊血細(xì)胞造成了明顯的遺傳損傷。

彗星試驗(yàn)是一種常用于檢測脫氧核糖核酸損傷的技術(shù)，它具有靈敏度高、經(jīng)濟(jì)、簡便、快速等優(yōu)點(diǎn)。近30年來，被廣泛地應(yīng)用于遺傳毒理、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)學(xué)診斷、營養(yǎng)研究[46]。試驗(yàn)表明，鎘進(jìn)入水生生物機(jī)體后能造成機(jī)體多種細(xì)胞的脫氧核糖核酸單鏈、雙鏈和脫氧核糖核酸—蛋白質(zhì)交聯(lián)，從而發(fā)揮其毒性作用。Mikhailova等[47]研究表明，鎘能在較低濃度(5～35 mmol/L)誘導(dǎo)8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)的形成，從而引起細(xì)胞核脫氧核糖核酸鏈斷裂。陳寅兒等[48]應(yīng)用彗星試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鎘暴露對(duì)大彈涂魚(Boleophthalmuspectinirostris)外周血細(xì)胞脫氧核糖核酸造成損傷。宋超等[49]運(yùn)用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)鎘對(duì)中華倒刺鲃(Spinibarbusdenticulatus)肝細(xì)胞脫氧核糖核酸損傷作用，認(rèn)為尾部DNA含量、尾長、尾矩、Olive尾矩4種檢測指標(biāo)在高含量組均與對(duì)照組之間存在顯著差異，且呈現(xiàn)明顯的劑量—效應(yīng)關(guān)系。由于遺傳毒性生物標(biāo)志物可以直接揭示遺傳物質(zhì)在分子水平上的作用以及其引起的細(xì)胞和個(gè)體上破壞情況，并且具有專一性，因此廣泛應(yīng)用于毒理學(xué)研究中。

3 易感性生物標(biāo)志物

易感性生物標(biāo)志物指可反映機(jī)體先天具有或后天獲得的對(duì)接觸外源性物質(zhì)產(chǎn)生的反應(yīng)能力，既可與遺傳有關(guān)，又可由環(huán)境因素誘發(fā)[7]。金屬硫蛋白即為易感性生物標(biāo)志物之一，是一類低分子量、富含半胱氨酸、能被金屬誘導(dǎo)并能結(jié)合多個(gè)金屬離子的功能蛋白[50-51]。金屬硫蛋白作為指示水環(huán)境重金屬污染的一種生物學(xué)指標(biāo)，在生物體內(nèi)對(duì)緩解重金屬的毒性，參與微量元素的儲(chǔ)存、運(yùn)輸以及增強(qiáng)機(jī)體免疫與應(yīng)激能力、清除自由基等方面擔(dān)負(fù)著重要的生理功能[52-53]。生物體內(nèi)重金屬含量與金屬硫蛋白及基因表達(dá)水平之間存在典型的倒“U”型關(guān)系，即當(dāng)重金屬低于某一含量閾值時(shí)，金屬硫蛋白會(huì)隨著重金屬劑量增加而上升；而一旦超出含量閾值，重金屬就會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生不可逆毒性，金屬硫蛋白水平就會(huì)隨著重金屬含量增加而降低[54]。鎘暴露后長江華溪蟹(Sinopotamonyangtsekiense)心臟、鰓絲和肝胰腺等組織中金屬硫蛋白基因表達(dá)量隨水體鎘含量升高而上升，其中，肝胰腺金屬硫蛋白基因表達(dá)量受鎘誘導(dǎo)的倍數(shù)最高[55]。96 h Cd2+脅迫對(duì)紫紅笛鯛(Lutjanusargentimaculatus)肝臟金屬硫蛋白含量變化呈現(xiàn)明顯的劑量—效應(yīng)關(guān)系[56]。在0.143 mg/L Cd2+脅迫下，青魚(Mylopharyngodonpiceus)金屬硫蛋白含量在6 h和12 h內(nèi)顯著上升，呈現(xiàn)出一定時(shí)間—效應(yīng)關(guān)系，12 h含量基本平衡，各組織金屬硫蛋白含量順序?yàn)楦闻K>鰓絲>肌肉[19]。在泥鰍中，鎘含量越高，或脅迫時(shí)間越長，則肝臟和鰓中金屬硫蛋白基因的相對(duì)表達(dá)水平越高。在受到Cd2+脅迫時(shí)，金屬硫蛋白大量表達(dá)，可降低Cd2+對(duì)機(jī)體造成的損傷，金屬硫蛋白基因可以作為監(jiān)測水環(huán)境中鎘污染的生物標(biāo)志物之一[57]。

4 新型生物標(biāo)志物開發(fā)

4.1 基于高通量測序技術(shù)的新型標(biāo)志物開發(fā)

高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，已逐漸成為重金屬毒性機(jī)制研究中的一個(gè)常用技術(shù)?；蚋咄繙y序技術(shù)產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，可以從中挖掘出和重金屬脅迫相關(guān)的新的基因及代謝通路，可能發(fā)現(xiàn)更多新型或潛在標(biāo)志物。

利用基于高通量平臺(tái)的轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)，可以在單個(gè)反應(yīng)產(chǎn)生成千上萬條轉(zhuǎn)錄本，對(duì)這些轉(zhuǎn)錄本進(jìn)行表達(dá)量的分析和聚類，富集在對(duì)照組及處理組之間產(chǎn)生顯著變化的基因及其代謝通路，從而篩選一系列可指示重金屬脅迫效應(yīng)的新標(biāo)志物。

Elran等[34]利用轉(zhuǎn)錄組技術(shù)發(fā)現(xiàn)了應(yīng)對(duì)鎘暴露的Egr1, AP1 和 NF-κB等多個(gè)快速反應(yīng)的轉(zhuǎn)錄因子。同時(shí)通過分析，首次發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了Pcs1基因在重金屬鎘脅迫下的表達(dá)上調(diào)，對(duì)于缺少金屬硫蛋白基因的動(dòng)物，開展重金屬脅迫研究提供了新的思路，擴(kuò)展了人們對(duì)重金屬毒性效應(yīng)的理解。

4.2 基于微小核糖核酸測序技術(shù)開發(fā)新型標(biāo)志物

微小核糖核酸是一類長21～24個(gè)核苷酸的小RNA分子，主要存在真核生物中，它們不編碼蛋白質(zhì)，可以和靶RNA結(jié)合，從而介導(dǎo)多個(gè)生物學(xué)過程?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，微小核糖核酸調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，在生物體細(xì)胞增殖、新陳代謝、凋亡及免疫中發(fā)揮重要作用[58-59]。

環(huán)境毒理學(xué)研究表明，當(dāng)生物暴露于化學(xué)物質(zhì)時(shí)，會(huì)引起相關(guān)的微小核糖核酸表達(dá)發(fā)生變化，從而引起其靶基因的表達(dá)改變[60]。許多研究已有報(bào)道，微小核糖核酸參與了鎘脅迫過程[61-65]。Bao等[66]測定在重金屬鎘脅迫下泥蚶(Tegillarcagranosa)的微小核糖核酸變化，其中16個(gè)差異表達(dá)的微小核糖核酸RNA前體被識(shí)別，有5個(gè)差異表達(dá)的微小核糖核酸(Tgr-nmiR-8, Tgr-nmiR-21, Tgr-miR-2a, Tgr-miR-10a-5p和 Tgr-miR-184b)已通過熒光定量PCR的方法得以驗(yàn)證。

5 多種生物標(biāo)志物的綜合運(yùn)用

采用多個(gè)生物標(biāo)志物評(píng)價(jià)鎘對(duì)縊蟶(Sinonovaculaconstricta)毒理學(xué)效應(yīng)，可在一定程度上避免單一標(biāo)志物引起的誤差，對(duì)于全面評(píng)價(jià)污染物對(duì)生物的各種可能影響更具有價(jià)值[67]。付文超[68]建立綜合生物標(biāo)志物響應(yīng)指數(shù)來評(píng)價(jià)研究區(qū)域重金屬生態(tài)毒性。在北部灣沿岸采樣檢測表層沉積物中鎘等7種重金屬的存在形態(tài)(弱酸溶解態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài))的含量、總有機(jī)碳、粒徑等因子，以及同步測定的文蛤(Meretrixmeretrix)鰓和內(nèi)臟中12種生化指標(biāo)(一些抗氧化酶、金屬硫蛋白、乙酰膽堿酯酶、氧化型與還原型谷胱甘肽比值以及氧化逆境指數(shù))[68]。通過分別計(jì)算，獲得可反應(yīng)環(huán)境損害的綜合生物標(biāo)志物響應(yīng)指數(shù)，比較其靈敏性及可靠性，確定有效的指標(biāo)體系，從而建立基于生物效應(yīng)的北部灣潮間帶沉積物重金屬綜合生態(tài)毒性評(píng)價(jià)模式。這種方法較傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法更能反映沉積物重金屬的生態(tài)毒性效應(yīng)，且具有靈敏、可靠、方便、快捷及低成本優(yōu)點(diǎn)，具有較好的應(yīng)用前景，為開展重金屬鎘毒性效應(yīng)研究評(píng)價(jià)體系，提供了新的思路及方法。

6 研究展望

目前，利用生物標(biāo)志物評(píng)價(jià)水生動(dòng)物鎘脅迫時(shí)，大多采用單一暴露試驗(yàn)或單一指標(biāo)測定。實(shí)際上，水體生態(tài)系統(tǒng)可能存在多種重金屬[69-70]，其作用機(jī)制要比單一重金屬復(fù)雜，比如近些年對(duì)多種海水水生生物毒理學(xué)的研究[71-74]。大多研究集中于試驗(yàn)生態(tài)毒理學(xué)，以實(shí)驗(yàn)室處理為主，對(duì)于野外水體環(huán)境中重金屬污染早期診斷和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究相對(duì)較少；水體中污染物對(duì)水生動(dòng)物的毒性機(jī)理研究還有待深入。隨著生物學(xué)新技術(shù)的發(fā)展，如CRISPR/Cas9技術(shù)[75]、TALEN技術(shù)[76]及NgAgo-gDNA[77]等新型基因編輯技術(shù)，對(duì)深入研究基因功能以及重金屬脅迫作用機(jī)制創(chuàng)造了條件。今后，關(guān)于鎘暴露生物標(biāo)志物的研究，應(yīng)集中于：(1)多種暴露途徑綜合研究以便全面準(zhǔn)確評(píng)估復(fù)雜水體中鎘的毒理學(xué)效應(yīng)，從而篩選有效評(píng)價(jià)鎘污染的生物標(biāo)志物；(2)生物標(biāo)志物多指標(biāo)體系綜合研究，以便準(zhǔn)確有效地對(duì)鎘污染早期診斷和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；(3)采用現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)和方法，開發(fā)檢測方便，響應(yīng)靈敏的新型生物標(biāo)志物，以有效防控鎘污染帶來的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

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ResearchProgressofCadmiumPollutionEvaluationbyAquaticAnimalBiomarkers

LI Zheng，LI Hui，LI Li，GAO Yan，ZHOU Chuanjiang，KONG Xianghui

( Engineering Technology Research Center of Henan Province for Aquatic Animal Cultivation, Engineering Lab of Henan Province for Aquatic Animal Disease Control,College of Fisheries,Henan Normal University,Xinxiang 450003,China )

cadmium pollution; biomarker; aquatic animal

10.16378/j.cnki.1003-1111.2017.04.021

S917.4

C

1003-1111(2017)04-0524-07

2016-08-24；

2016-10-26.

河南省高?？萍紕?chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃項(xiàng)目(15IRTSTHN018);河南省國際合作項(xiàng)目(144300510017);河南省水產(chǎn)學(xué)重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目；河南省教育廳項(xiàng)目(14B240001).

李箏(1980-)，女，碩士研究生；研究方向：水產(chǎn)動(dòng)物免疫與疾病控制.E-mail: yuancai6598@163.com. 通訊作者:孔祥會(huì)(1968-), 男, 教授，博士；研究方向：水產(chǎn)動(dòng)物免疫與疾病控制.E-mail: xhkong@htu.cn.