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        綜述:揭示環境污染物引起的脂質代謝紊亂:來自魚類模型脂質組研究的新興見解

        《Aquatic Toxicology》:Unraveling Environmental Pollutant-Induced Lipid Metabolism Disorders: Emerging Insights from Lipidomic Studies in Fish Models

        【字體: 時間:2026年02月28日 來源:Aquatic Toxicology 4.3

        編輯推薦:

          環境污染物通過脂質組學揭示的魚類脂代謝紊亂機制與未來研究方向。脂質組學系統分析污染物(如PFAS、農藥等)在魚類器官(肝、腦、肌肉等)引發的脂質代謝失調,涉及甘油磷脂合成、鞘脂代謝及β氧化受阻等分子事件,并強調多組學整合與動態通量分析的必要性。

          
        周玉曦|羅麗軍|梁成倩|華江煥|韓健|周炳生
        中國科學院水生生物研究所,育種生物技術與可持續水產養殖國家重點實驗室,武漢430072,中國

        摘要

        環境污染物對脂質代謝的廣泛干擾是化學暴露與代謝健康之間的關鍵紐帶。脂質組學作為代謝組學的一個快速發展的分支,已成為全面描述這些干擾的強大工具,為毒性分子機制提供了前所未有的見解。本綜述系統總結了利用魚類模型進行的、由脂質組學驅動的關于污染物誘導的脂質代謝紊亂的研究。我們系統地記錄了多種環境污染物引發的脂質特征變化。除了描述性總結外,我們還強調了脂質組學在揭示器官特異性毒性和解析潛在分子啟動事件(如甘油磷脂生物合成、鞘脂代謝和脂肪酸β-氧化的擾動)方面的獨特能力。我們還討論了影響魚類脂質代謝紊亂的因素。我們的討論中有相當一部分內容專門針對當前的方法學挑戰,從脂質提取和檢測到數據分析,這些挑戰限制了脂質組學的全部潛力。最后,我們提出了一個前瞻性的研究框架,倡導整合多組學方法、動態通量分析、暴露建模的生態相關性以及不良結局途徑(AOPs)的開發。這項工作不僅旨在鞏固現有知識,還旨在激發方法學創新,并指導未來環境脂質組學的機制研究。

        引言

        近年來,越來越多的研究報道了環境污染物對代謝的干擾作用,有證據表明它們中的許多具有優先干擾脂質代謝穩態的能力(Wang等人,2024a)。這些污染物被認為是脂質代謝干擾物(LMDs),包括但不限于新興有機污染物(Liu等人,2023;Zhou等人,2024;Min等人,2025)、農藥(Yan等人,2023;Mesmar等人,2024a,2024b)和微/納米顆粒(Zheng等人,2024)。重要的是,污染物誘導的脂質代謝失調與代謝綜合征的發病機制有關,如代謝功能障礙相關性脂肪肝病(MASLD)、肥胖和2型糖尿病(T2D)(Heindel等人,2017;Wang等人,2024a)。脂質是所有生物體中的基本生物分子,作為細胞膜的主要結構成分、重要的能量儲存物質和關鍵的信號分子。根據脂質代謝物和途徑策略(LIPID MAPS)分類系統,脂質根據化學結構被分為八大類:脂肪酸(FA)、甘油脂(GL)、甘油磷脂(PL)、鞘脂(SP)、固醇脂(ST)、萜醇脂(PR)、糖脂(SL)和聚酮類(PK)(Parrish,2013)。這種結構多樣性奠定了脂質介導的廣泛生理過程的基礎。鑒于脂質穩態在能量代謝和代謝疾病發病機制中的關鍵作用,闡明污染物如何干擾這些途徑對于評估相關的生態和人類健康風險至關重要(Maradonna和Carnevali,2018;Wang等人,2024a)。
        脂質組學的出現,作為代謝組學的一個分支,專門用于大規模研究脂質,徹底改變了我們研究這些干擾的能力。通過識別和量化脂質種類,脂質組學有助于研究它們在細胞代謝、信號傳導、能量儲存和膜結構中的作用。雖然最初在生物醫學研究中將脂質譜與肥胖和糖尿病等疾病聯系起來以及藥物發現中起著關鍵作用(Lamaziere等人,2014;Zhao等人,2014;Wenk,2010),但脂質組學現在已成為環境毒理學中不可或缺的工具。它越來越多地被用于揭示污染物誘導的脂質代謝紊亂及其潛在機制(Waqas等人,2025)。
        脂質組學在毒理學中的應用依賴于穩健的實驗模型。包括體內系統、體外人類細胞系和動物模型在內的多種實驗模型被廣泛用于脂質組學研究(Maradonna和Carnevali,2018)。特別是小型魚類模型在體內研究中具有獨特優勢,包括易于培養、生命周期短以及適合高通量篩選(Awad等人,2024)。因此,對暴露于污染物的魚類的脂質組學分析已經增加,并在肝臟(Zhao等人,2021;Bejaoui等人,2024;Wormington等人,2024)、腸道(Wormington等人,2024)、大腦(Zhang等人,2020a)、睪丸(Zhang等人,2023)、血清(Yan等人,2012;Du等人,2025)、肌肉(Marque?o等人,2019a)、胚胎或幼體(Jeon等人,2016;Ivantsova等人,2023;Min等人,2025;He等人,2024)等組織中產生了全面的數據。斑馬魚(Danio rerio)由于其與人類的高度遺傳同源性,已成為闡明脂質代謝毒性保守機制的特別有價值的模型(Awad等人,2024)。
        在這篇綜述中,我們全面總結了利用魚類模型進行的、由脂質組學驅動的關于污染物誘導的脂質代謝毒性的最新研究進展。我們在主要的科學數據庫(PubMed、Web of Science、Science Direct、Wiley Online Library和SpringerLink)中進行了關于基于脂質組學的魚類脂質代謝紊亂的系統性文獻搜索,涵蓋了自2005年以來發表的文章,包括開創性和前沿研究。我們總結了脂質組學的方法學進展、污染物特異性脂質干擾效應以及魚類模型中的毒性機制。我們強調了脂質組學在解析代謝紊亂模式和揭示分子啟動事件方面的能力。此外,我們批判性地評估了當前的方法學局限性,并提出了綜合性的未來策略,包括多組學整合、動態通量分析和生態相關的暴露建模,以解決關鍵知識空白。這一前瞻性視角旨在激發方法學創新和環境污染物介導的脂質代謝紊亂的機制發現。

        章節片段

        脂質組學研究方法和技術

        脂質組學的工作流程包括三個關鍵且相互依賴的階段:樣品預處理、脂質檢測和數據分析(如圖1所示)。每個階段的方法選擇極大地影響了結果的覆蓋范圍、準確性和生物學解釋,特別是在環境毒理學的背景下,樣品復雜性和污染物相互作用至關重要。

        關鍵脂質變化的功能意義

        脂質組學系統地證明了環境污染物會導致魚類脂質譜的廣泛變化。僅僅將這些變化描述為“增加”或“減少”是不夠的,理解它們的生物學意義至關重要,特別是特定脂質類別如何維持細胞和器官健康,以及它們的干擾如何轉化為具體的病理生理結果。然而,目前的脂質組學方法本身無法確定

        污染物對魚類脂質代謝的特異性影響

        具有不同理化性質的污染物可能對魚類的脂質代謝產生不同的干擾。脂質組學已被廣泛用于表征多種環境污染物如何干擾魚類的脂質穩態。如表S1所全面總結的,研究涵蓋了主要的污染物類別,包括全氟和多氟烷基物質(PFAS)、阻燃劑、農藥、藥物、納米材料和內分泌干擾化學物質(EDCs)。

        污染物誘導的魚類脂質代謝紊亂機制

        作為外源性干擾物,環境污染物通過多種分子途徑破壞這種穩態,導致各種不良效應。根據現有文獻的總結,已知的機制可以分為:核受體介導的信號傳導和脂質代謝失調、氧化應激和線粒體功能障礙、內質網(ER)應激和未折疊蛋白反應(UPR)、腸道微生物群失調以及腸道-肝臟/大腦

        污染物的特性

        環境污染物的理化性質,如疏水性、分子結構和生物累積潛力,是決定它們如何干擾魚類脂質代謝的關鍵因素。研究表明,污染物的辛醇/水分配系數(log Kow)與魚類中的生物濃縮因子(BCF)呈正相關,表明更具親脂性的化合物更有可能在魚類脂質中積累,從而增強其干擾作用

        局限性和未來方向

        盡管脂質組學顯著推進了我們對污染物誘導的魚類代謝紊亂的理解,但仍有一些挑戰限制了其全部潛力。方法學、實驗設計、機制深度和生態相關性的局限性仍有待解決。

        總結

        本綜述強調了脂質組學在推進我們對環境污染物如何干擾脂質代謝理解方面的變革性作用。通過實現全面的、高分辨率的脂質分析,脂質組學將這一領域從觀察性毒理學推向了機制性和預測性科學。我們批判性地總結了這項技術如何闡明了污染物特異性和器官特異性的脂質變化,揭示了跨

        CRediT作者聲明

        周玉曦:數據管理、撰寫 - 原稿撰寫、資金獲取。羅麗軍:數據管理、撰寫 - 原稿撰寫。梁成倩:數據管理、可視化。華江煥:撰寫 - 審稿與編輯。韓健:概念構思、撰寫 - 審稿與編輯、資金獲取。周炳生:概念構思、監督、資金獲取。

        未引用的參考文獻

        Gui等人,2023

        CRediT作者貢獻聲明

        周玉曦:數據管理、撰寫 – 原稿撰寫、資金獲取。羅麗軍:數據管理、撰寫 – 原稿撰寫。梁成倩:數據管理、可視化。華江煥:撰寫 – 審稿與編輯。韓健:撰寫 – 審稿與編輯、驗證、監督、方法學、研究、資金獲取、概念構思。周炳生:概念構思、監督、資金獲取。
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