銅（Cu）是一種必需的微量元素，參與水生生物的多種生理過程，包括線粒體呼吸、抗氧化防御和酶催化（Dawood, 2022; Handy, 2003）。然而，過量的銅暴露會導致細胞穩態紊亂，引發氧化應激、代謝功能障礙和嚴重的毒性（Gui and Wang, 2025a, b; Smriti et al., 2023）。例如，低至11 μg/L的銅濃度就會改變與氧化應激、線粒體功能和神經傳遞相關的關鍵蛋白質標志物，進一步表明即使在環境相關水平下，銅的毒性也較高（Green et al., 2024; Gui and Wang, 2025a）。由于采礦、農業、防污劑和工業廢水的持續人為排放，銅污染仍然是淡水和沿海生態系統中的持續環境問題（Li et al., 2022; Xie et al., 2023）。銅釋放到水生系統中后，會通過沉淀和吸附過程分布在水中和沉積物中（Besser et al., 2018）。在自然條件下，表層水中的銅濃度通常低于10 μg/L（Lee and Helsel, 2005）；然而，在嚴重污染的河流中，銅濃度可高達幾毫克/升，例如孟加拉國的布里甘加河（Mohiuddin et al., 2011）。同樣，未受污染的沉積物中銅濃度一般低于50 μg/g干重（dw）（F?rstner et al., 1990），而受采礦活動影響的沉積物（如美國的克拉克福克河）中的銅含量可能顯著更高，范圍為94至1540 μg/g dw（Cain et al., 2004）。因此，銅廣泛存在于各種水生環境中，在高濃度下可能對棲息其中的生物構成重大生態風險。
在水生環境中，飲食暴露被認為是金屬吸收的關鍵途徑，尤其是對于底棲和雜食性魚類（Yin et al., 2025）。與水傳播暴露相比，食物鏈介導的銅轉移可能導致持續的內部分布和組織特異性積累，從而引發慢性毒性效應，這些效應不能僅通過水中的銅濃度來預測（Luoma and Rainbow, 2005; Niyogi and Wood, 2003）。先前的研究表明，養殖的海鯛魚（Terapon jarbua）在暴露于5.0–6.3 μg/g鎘（Cd）飲食4周后表現出明顯的組織特異性積累，鎘優先在肝臟中積累，其次是消化道和鰓部，顯示出器官間的金屬分布差異（Dang and Wang, 2009）。然而，大多數先前的研究集中在全身生物積累或肌肉組織上，而器官特異性銅分布及其機制性毒理學后果仍不夠明確。例如，一項野外研究發現，在中國遼東灣采集的海魚中，環境暴露水平下的銅、鉻、鉛、鋅、鎘和鎳表現出明顯的組織特異性分布，肝臟、鰓和肌肉的金屬轉移模式與全身稀釋趨勢明顯不同，強調了器官間金屬積累和營養動力學的顯著差異（Gao et al., 2021）。
最近，一種稱為銅死亡（cuproptosis）的新調控細胞死亡形式被發現，其特征是銅直接結合到三羧酸循環中的脂酰化線粒體酶上，導致蛋白質聚集、蛋白質毒性應激和細胞死亡（Tsvetkov et al., 2022）。這一途徑的關鍵分子成分包括鐵氧還蛋白1（FDX1）、二氫脂酰胺S-乙酰轉移酶（DLAT）以及其他線粒體酶，如二氫脂酰胺S-琥珀酰轉移酶（DLST）和烏頭酸酶2/線粒體烏頭酸水合酶（ACO2），這些成分共同將銅毒性與線粒體代謝聯系起來（Lu et al., 2024a）。新興證據表明，銅轉運蛋白（CTR）的失調，包括高親和力銅轉運蛋白SLC31A1（CTR1）和銅外排轉運蛋白ATP7A，在決定細胞內銅的可用性和對銅死亡的敏感性方面起著關鍵作用（Batzios et al., 2022; Kim et al., 2013）。研究表明，銅是一種可能干擾內分泌的金屬，能夠干擾魚類的類固醇生成和生殖發育。先前的研究報道了銅誘導的雌二醇（E2）水平降低、睪酮（T）水平改變以及下丘腦-垂體-生殖腺（HPG）軸相關基因的轉錄紊亂（Cao et al., 2019; Handy, 2003）。然而，在水生生物實際暴露于銅的情境下，銅死亡與銅之間的因果關系仍不清楚。
腸道是金屬飲食吸收的主要接口，越來越多地被認為是金屬毒性的關鍵靶點。研究表明，銅暴露會導致淡水石斑魚（Acrossocheilus fasciatus）（10–40 μg/L，30天）和幼年鯽魚（Cyprinus carpio）（70–280 μg/L，8周）的腸道上皮損傷、屏障完整性破壞和腸道微生物組成改變，最終影響營養吸收和免疫功能（Meng et al., 2018; Wang et al., 2023b）。越來越多的證據表明，腸道菌群失調可以通過內分泌和代謝信號通路影響生殖性能，形成功能性的腸道-生殖腺軸（Ashonibare et al., 2024; Khan et al., 2022）。解決銅誘導的腸道損傷和微生物群失衡是否通過銅死亡相關機制導致生殖毒性的問題，對于全面理解銅暴露對魚類健康的影響至關重要。
在本研究中，斑馬魚（Danio rerio）被暴露于銅飲食中28天，以系統地研究組織中的銅積累和毒性，重點闡明銅死亡與腸道-生殖腺軸功能障礙之間的潛在機制聯系。通過整合分子、組織學、微生物學和內分泌學指標，本研究旨在為飲食銅暴露的系統性毒理學效應提供新的見解，并提高對金屬誘導的生殖風險的機制理解。
