幾類常見污染物對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)影響的研究進(jìn)展

何錦，薛永來，周磊，崔雯，高璐，杜道林

江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，鎮(zhèn)江 212013

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境的污染問題也日趨嚴(yán)重。環(huán)境中各種污染物在水體中的積累不僅會(huì)對(duì)水生生物的生存環(huán)境構(gòu)成威脅，同時(shí)也會(huì)通過飲用水、食物鏈或是與人體的直接接觸等途徑對(duì)人類的健康造成直接或間接的影響。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是生物體生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的作用是將來自脊髓或者大腦發(fā)出信號(hào)傳遞至肌肉及內(nèi)分泌腺體，從而支配效應(yīng)器官神經(jīng)元的活動(dòng)，進(jìn)而影響機(jī)體行為的發(fā)生[1]。關(guān)于魚類運(yùn)動(dòng)，已有許多科學(xué)家進(jìn)行過相關(guān)的研究。任宗明等[2]發(fā)現(xiàn)氰戊菊酯和氯化鎘的暴露會(huì)導(dǎo)致日本青鳉的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。張融等[3]提出了一種利用自動(dòng)閾值分割、背景差分法、幀差法和骨架細(xì)化等圖像處理方法來計(jì)算青鳉魚胸鰭及尾鰭的擺動(dòng)頻率和幅值。同時(shí)，也有諸多研究[4-8]表明，環(huán)境污染物對(duì)其他生物體的行為以及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)造成不同程度的影響。而運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的受損會(huì)在很大程度上影響生物體的生長(zhǎng)發(fā)育，這也使得污染物的暴露對(duì)于生物體運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的影響成為近年來研究的熱點(diǎn)。斑馬魚作為一種經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)室模式動(dòng)物，因其對(duì)水環(huán)境的變化十分敏感，其內(nèi)分泌調(diào)節(jié)、呼吸運(yùn)動(dòng)以及生長(zhǎng)發(fā)育等都是水質(zhì)檢測(cè)的重要指標(biāo)[9]，使得利用斑馬魚進(jìn)行急性毒性試驗(yàn)成為水體環(huán)境中污染物綜合毒性的有效檢測(cè)方法。早在20世紀(jì)，已有科學(xué)家將斑馬魚應(yīng)用于遺傳學(xué)、急性毒性以及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究中[10]。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)還將斑馬魚確定為生態(tài)環(huán)境測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)用魚[11]。

為明確環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷作用，研究人員選用不同種類的污染物對(duì)斑馬魚進(jìn)行暴露并得出大量的相關(guān)毒性數(shù)據(jù)，這對(duì)于污染物在水環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有重要意義[12-16]。迄今為止，雖已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了不同種類的環(huán)境污染物對(duì)于斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的干擾作用，但相對(duì)較為零散，沒有全面且系統(tǒng)地來歸納、闡述環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的損傷及其毒性作用機(jī)制。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)綜述環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)毒性的最新研究進(jìn)展，歸納分析不同種類的環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚的行為系統(tǒng)造成的不同程度的損傷，闡述不同性別以及不同發(fā)育階段下的斑馬魚在污染物影響下，其運(yùn)動(dòng)神經(jīng)受到干擾效應(yīng)的差異，并對(duì)該領(lǐng)域未來的研究方向進(jìn)行展望。

1 斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)概述(Overview of the zebrafish motor nervous system)

斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為離不開體內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和代謝系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的分工合作[17]。當(dāng)機(jī)體受到外界環(huán)境刺激后，由中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)發(fā)出行為指令，相應(yīng)的器官組織接收到行為指令后，需要代謝系統(tǒng)提供相應(yīng)行為所需的能量，免疫系統(tǒng)則負(fù)責(zé)消除由于外部刺激所導(dǎo)致的機(jī)體內(nèi)生化反應(yīng)的失衡，如氧化應(yīng)激反應(yīng)。當(dāng)斑馬魚暴露于污染物之后，這些系統(tǒng)功能若受損，均會(huì)在不同程度上引發(fā)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的變化[18-20]。

1.1 多巴胺能神經(jīng)元調(diào)控運(yùn)動(dòng)行為

中樞神經(jīng)系統(tǒng)在調(diào)控斑馬魚運(yùn)動(dòng)中起主要作用。中樞神經(jīng)分泌神經(jīng)遞質(zhì)來充當(dāng)信使的角色，將“命令”傳達(dá)到各個(gè)器官組織，促使組織做出相應(yīng)的行為來完成生理活動(dòng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的多巴胺能神經(jīng)元與斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為密切相關(guān)[21]。多巴胺能神經(jīng)元在哺乳動(dòng)物中位于中腦，已有研究證明，在斑馬魚腦中也存在多巴胺能神經(jīng)元[22-24]。多巴胺能神經(jīng)元分泌的多巴胺(dopamine, DA)是中樞神經(jīng)中的主要神經(jīng)遞質(zhì)之一，可通過多巴胺受體(DA2R)來傳遞信號(hào)。多巴胺受體可大致分為D1和D2兩類，其中D1類受體包括D1和D5受體，D2類受體包括D2、D3和D4受體。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，多巴胺能神經(jīng)元調(diào)控機(jī)體運(yùn)動(dòng)發(fā)出的神經(jīng)纖維通路有4條。(1)黑質(zhì)-紋狀體通路：以中腦黑質(zhì)A9細(xì)胞群為起點(diǎn)，作用至紋狀體，主要為尾核、殼核和中央杏仁核，其主要作用是調(diào)節(jié)機(jī)體運(yùn)動(dòng)；(2)中腦-邊緣系統(tǒng)通路：始于中腦腳間核背側(cè)的A11細(xì)胞群，軸索上行可達(dá)伏隔核以及嗅結(jié)節(jié)，主要調(diào)控機(jī)體的情緒及行為動(dòng)機(jī)；(3)結(jié)節(jié)-漏斗通路：起于下丘腦下部弓狀核A12細(xì)胞群，止于正中隆起，主要參與調(diào)控機(jī)體內(nèi)分泌激素的平衡；(4)中腦-皮質(zhì)通路：起始于中腦腹側(cè)A10細(xì)胞群，止于前額葉，此通路主要涉及學(xué)習(xí)和記憶[25]。由于這幾條通路的存在，多巴胺能神經(jīng)元所涉及的機(jī)體生理功能眾多，且密切參與生物體外系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)功能的調(diào)控，如學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)能力及覓食活動(dòng)等[26]。此外，多巴胺及其受體還參與斑馬魚骨代謝的調(diào)節(jié)，對(duì)其破骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞以及骨細(xì)胞和骨微環(huán)境都起著極其重要的作用[27]。骨骼是運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中的主要組成，也是運(yùn)動(dòng)行為發(fā)生的根本。由此可見，多巴胺能神經(jīng)元對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)有著重要的調(diào)控作用。

直接參與調(diào)控斑馬魚運(yùn)動(dòng)的是其腦內(nèi)的黑質(zhì)-紋狀體通路。黑質(zhì)是位于大腦腳底與中腦被蓋之間的一塊灰質(zhì)團(tuán)塊，黑質(zhì)細(xì)胞富含黑色素且為腦部中合成多巴胺的主要核團(tuán)。黑質(zhì)細(xì)胞的變性以及多巴胺分泌減少是引發(fā)帕金森病的主要原因，同時(shí)黑質(zhì)也是調(diào)控機(jī)體運(yùn)動(dòng)的重要中樞。而紋狀體也是機(jī)體中重要的皮質(zhì)下運(yùn)動(dòng)調(diào)控中樞，包括尾狀核及殼核。參與行為控制以及運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)、情緒變化以及行為動(dòng)機(jī)等高級(jí)神經(jīng)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)[28]。由于黑質(zhì)以及紋狀體的特異性結(jié)構(gòu)，黑質(zhì)-紋狀體纖維通路又主要分為3條投射：(1)黑質(zhì)致密部-尾殼核投射；(2)黑質(zhì)前部-尾狀核頭部投射；(3)黑質(zhì)后部-殼核投射[25]。黑質(zhì)以及紋狀體調(diào)控運(yùn)動(dòng)的機(jī)理如圖1所示。此外，斑馬魚腦中多巴胺能神經(jīng)元纖維通路中的中腦-邊緣通路也會(huì)在一定程度上導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)行為發(fā)生變化。中腦-邊緣系統(tǒng)主要與機(jī)體的獎(jiǎng)賞效應(yīng)相關(guān)，在將情緒轉(zhuǎn)化成意向行為和活動(dòng)中起重要作用[29]。

1.2 氧化應(yīng)激對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響

中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為起主要調(diào)控作用，但是機(jī)體內(nèi)氧化應(yīng)激的發(fā)生對(duì)行為異常也有著不可忽略的影響。氧化應(yīng)激是由機(jī)體內(nèi)活性氧含量和活性氧清除能力的失衡所導(dǎo)致，且表現(xiàn)為對(duì)機(jī)體的負(fù)面效應(yīng)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)活性氧含量相對(duì)升高時(shí)，即細(xì)胞處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，可引起DNA氧化損傷以及蛋白表達(dá)的異常，進(jìn)而對(duì)機(jī)體造成損傷[30-31]。神經(jīng)組織一般具有高耗氧的特點(diǎn)，且相較于其他的組織器官，神經(jīng)元對(duì)于氧化應(yīng)激反應(yīng)會(huì)更敏感。氧化應(yīng)激信號(hào)通路NRF2/ARE是斑馬魚體內(nèi)重要的抗氧化通路，由Nrf2(對(duì)氧化還原反應(yīng)十分敏感的轉(zhuǎn)錄因子)、ARE(順式反應(yīng)元件)以及調(diào)控基因表達(dá)kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(kelch ECH association protein1, keap1)3個(gè)部分組成。氧化應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生時(shí)，Nrf2和keap1解離后轉(zhuǎn)移至細(xì)胞核與ARE結(jié)合，調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)氧化還原反應(yīng)以及各種抗氧化物質(zhì)的表達(dá)[32-34]。進(jìn)而氧化應(yīng)激反應(yīng)可導(dǎo)致體內(nèi)自由基增多，而機(jī)體行為異常與這些自由基含量的上升密切相關(guān)[35-37]。

1.3 線粒體對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)的支持

線粒體是機(jī)體進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所，為生物體的各項(xiàng)生命活動(dòng)提供能量支持。在斑馬魚的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，線粒體作為運(yùn)動(dòng)能量的來源，其形態(tài)和功能的改變決定著機(jī)體行為的異常。有研究表明，當(dāng)多巴胺能神經(jīng)元內(nèi)大量線粒體出現(xiàn)水腫肥大現(xiàn)象，或者異常聚集的線粒體導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，均可導(dǎo)致機(jī)體行為異常[38-40]。運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)體發(fā)生行為、進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育活動(dòng)的基礎(chǔ)。斑馬魚的產(chǎn)卵、覓食等活動(dòng)都依賴于運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，斑馬魚行為的發(fā)生與其體內(nèi)多個(gè)系統(tǒng)密切相關(guān)，且其作為毒性終點(diǎn)的指標(biāo)(如游泳速度、距離等)更為直觀和具有代表性。因此，斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為表現(xiàn)被廣泛地用于評(píng)價(jià)環(huán)境污染物對(duì)于水體環(huán)境以及水生生物的毒性效應(yīng)。

圖1 黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能神經(jīng)通路示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the substantia nigra-striatum dopaminergic pathway

2 無機(jī)污染物對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響(Effects of inorganic pollutants on the motility of zebrafish)

2.1 無機(jī)非金屬化合物對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響

環(huán)境中的無機(jī)污染物來源于人類生產(chǎn)活動(dòng)的排放或自然界的自主形成，對(duì)生物體的生長(zhǎng)發(fā)育構(gòu)成一定威脅。李旭玲等[41]將斑馬魚暴露于不同濃度的納米二氧化硅(SiO2-NPs)后發(fā)現(xiàn)，600和1 200 mg·L-1的SiO2-NPs可致使斑馬魚游動(dòng)行為發(fā)生變化，其游動(dòng)速度在暴露6 h后的降幅達(dá)到30%～50%，游動(dòng)高度在暴露后的19 h后出現(xiàn)迅速下降的現(xiàn)象，且在24 h后降幅達(dá)到90%；除此之外，斑馬魚的群體行為也發(fā)生變化，個(gè)體間的平均距離以及分散程度在暴露SiO2-NPs 24 h后顯著下降。Xue等[42]也進(jìn)行了類似的研究并且得到了SiO2-NPs損害斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的結(jié)論。

2.2 納米材料對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響

隨著科技的迅猛發(fā)展，納米材料的應(yīng)用越發(fā)廣泛。而納米材料對(duì)生物體同樣存在著潛在的高毒性。賀凱宏等[43]的研究表明，25、50和100 μg·mL-1的納米氧化鋁對(duì)6 hpf(hours post fertilization)的斑馬魚胚胎染毒至6 dpf(days post fertilization)后，其在黑暗狀態(tài)下的游泳速度、運(yùn)動(dòng)距離以及趨觸性程度均有明顯下降；在驚恐逃逸反射試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)光照1 min內(nèi)的斑馬魚運(yùn)動(dòng)速度均低于黑暗時(shí)期，在關(guān)閉光源后幼魚運(yùn)動(dòng)速度均會(huì)提升，但25和100 μg·mL-1濃度組的幼魚速度上升得更慢。

2.3 金屬離子對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響

2.3.1 銅(Cu)

在亞致死劑量的Cu2+脅迫下，斑馬魚的游動(dòng)速度、群體分布特征以及游動(dòng)姿態(tài)等會(huì)發(fā)生顯著變化。王英才等[44]的研究表明，在Cu2+作用下，短期內(nèi)斑馬魚的游動(dòng)速度、活動(dòng)距離、群體平均間距和緊湊度以及平均短軸、長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度均出現(xiàn)快速增加，在不同區(qū)域出現(xiàn)的概率差異減?。浑S著Cu2+暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，其游動(dòng)速度、距離等又出現(xiàn)快速下降，在不同區(qū)域出現(xiàn)的概率又重新分化。伴隨著Cu2+的繼續(xù)暴露，斑馬魚所受的毒害作用也進(jìn)一步加深，其運(yùn)動(dòng)能力也進(jìn)一步下降，表現(xiàn)為其各項(xiàng)行為指標(biāo)的變幅收窄。除此之外，Cu的暴露還會(huì)引起斑馬魚側(cè)線毛細(xì)胞的損傷，導(dǎo)致其體內(nèi)出現(xiàn)氧化應(yīng)激現(xiàn)象，進(jìn)而損害斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為感知能力[45-46]。

2.3.2 鎘(Cd)

Cd作為一種常見的重金屬離子污染源，其在斑馬魚體內(nèi)的富集會(huì)造成神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，進(jìn)而對(duì)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響。Jin等[47]發(fā)現(xiàn)斑馬魚的行為模式對(duì)于光暗條件的交替存在某種響應(yīng)關(guān)系，而經(jīng)過Cd處理后的斑馬魚對(duì)于這種光暗交替刺激的響應(yīng)效果變得微乎其微甚至消失，斑馬魚總體的運(yùn)動(dòng)行為能力下降，且在黑暗條件下游動(dòng)速度和距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對(duì)照組。Pan等[48]也進(jìn)行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)斑馬魚的游動(dòng)能力與Cd的濃度呈現(xiàn)梯度響應(yīng)趨勢(shì)，在最高濃度處理組(0.2 TU)其游動(dòng)距離達(dá)到最低；同時(shí)發(fā)現(xiàn)Cd還會(huì)導(dǎo)致乙酰膽堿酯酶(AChE)的活性下降。AChE是生物體中對(duì)神經(jīng)遞質(zhì)起調(diào)節(jié)作用的關(guān)鍵酶之一，并且長(zhǎng)期以來被認(rèn)為在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的許多功能中起關(guān)鍵作用，其中就包括運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)[49]。

2.3.3 鋁(Al)

金屬Al已經(jīng)頻繁應(yīng)用于人類的日常生活中。當(dāng)其以Al3+的形態(tài)游離于水環(huán)境中并在生物體內(nèi)富集后，會(huì)在一定程度上干擾生物體內(nèi)各項(xiàng)生理活動(dòng)。有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)>100 μg·L-1的Al3+染毒斑馬魚之后，其觸摸逃逸反應(yīng)(touch-escape reaction)次數(shù)顯著減少，總游動(dòng)距離和平均速度也明顯下降；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)光照條件下的恐慌逃逸反射(panic escape reflex)要明顯高于黑暗條件下；在>400 μg·L-1的Al3+作用下，黑暗條件下的斑馬魚游動(dòng)速度顯著增加[50]。談?dòng)碌萚51]研究了Al引起斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為變化的相應(yīng)機(jī)制，其研究表明，經(jīng)Al3+暴露后的斑馬魚體內(nèi)活性氧(ROS)水平上升，淀粉樣前體蛋白b(appb)mRNA表達(dá)顯著上調(diào)，膠質(zhì)細(xì)胞原纖維酸性蛋白(gfap)mRNA和生長(zhǎng)相關(guān)蛋白43(gap43)mRNA表達(dá)下調(diào)；早老素1(psen1)mRNA則在暴露于Al3+48 h后出現(xiàn)下調(diào)現(xiàn)象，隨著暴露的進(jìn)行，其表達(dá)量又顯著增加。猜測(cè)Al暴露導(dǎo)致的斑馬魚行為的變化可能與體內(nèi)ROS水平上升以及上述基因表達(dá)的變化有關(guān)。

2.3.4 錳(Mn)

Mn是生物體內(nèi)必需的微量元素，也是魚類進(jìn)行生理反應(yīng)所必需的元素。高濃度的Mn可導(dǎo)致水環(huán)境的破壞并威脅水生生物的生長(zhǎng)發(fā)育。有研究發(fā)現(xiàn)，將成年斑馬魚和幼年斑馬魚分別暴露于不同濃度的Mn2+中，其結(jié)果表現(xiàn)為：成年斑馬魚的游動(dòng)距離和轉(zhuǎn)體角度均明顯減小，而幼年斑馬魚群體中靜止不動(dòng)的個(gè)體數(shù)量增加；成魚腦部中的酪氨酸羥化酶(TH)水平以及3,4-二羥基苯乙酸(DOPAC)含量上升，幼魚腦部中的TH水平則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。且在成魚和幼魚的神經(jīng)系統(tǒng)中均出現(xiàn)大量的細(xì)胞凋亡現(xiàn)象。表明斑馬魚運(yùn)動(dòng)能力的受損可能與高濃度的Mn2+引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，尤其與多巴胺能系統(tǒng)的損傷相關(guān)[52]。

2.3.5 鎳(Ni)

微量的Ni元素為魚類所必需，但是Ni元素在體內(nèi)的過量累積則會(huì)引發(fā)毒性作用，對(duì)于斑馬魚的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)也不例外。Nabinger等[53]發(fā)現(xiàn)對(duì)斑馬魚胚胎進(jìn)行Ni2+處理至11 dpf后，斑馬魚幼魚的游動(dòng)速度和游動(dòng)距離在低濃度處理組(0.025 mg·L-1)均明顯下降，而在高濃度組(5、15 mg·L-1)則上升；而當(dāng)受試對(duì)象換成成年斑馬魚時(shí)，所有Ni處理組的斑馬魚均出現(xiàn)類焦慮行為(anxiogenic-like behavior)和攻擊性行為減少的現(xiàn)象。

2.3.6 其他

此外，亞致死劑量的汞(Hg)導(dǎo)致斑馬魚游動(dòng)頻率下降，恐慌逃逸反應(yīng)減少[54]。鉛(Pb)的暴露致使斑馬魚游動(dòng)距離縮短且轉(zhuǎn)體角度減小[55]。

3 有機(jī)物對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響(Effects of organic matter on the motility of zebrafish)

3.1 苯、酚類化合物

大量的苯類及酚類化合物應(yīng)用于各類生活用品中，其在生物體內(nèi)的聚集量到達(dá)一定程度時(shí)會(huì)引發(fā)致癌效應(yīng)，損害機(jī)體功能。大量資料顯示，以斑馬魚作為受試對(duì)象暴露于各種苯、酚類化合物時(shí)，其行為模式發(fā)生變化，運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)受到損傷。劉在平[56]發(fā)現(xiàn)，在氯苯和間甲酚的作用下，斑馬魚仔魚在20 s內(nèi)的自主運(yùn)動(dòng)頻率減少且游動(dòng)距離大幅度下降。倪芳等[57]將斑馬魚暴露于不同濃度的五氯酚(PCP)后發(fā)現(xiàn)，低濃度組(0.25、0.5 mg·L-1)斑馬魚游動(dòng)速度(中值)和熵值呈遞減趨勢(shì)，但趨勢(shì)不明顯，斑馬魚浮出水面的頻率增加；較高濃度組(1.0、2.0 mg·L-1)的游動(dòng)速度(中值)、熵值以及浮出水面頻率有10 min的急速上升而后降低；而高濃度組(4.0 mg·L-1)的所有指標(biāo)均呈顯著下降趨勢(shì)。Xia等[58]的研究表明，壬基酚抑制了斑馬魚的活動(dòng)并且減少了個(gè)體間攻擊事件的發(fā)生。類似的研究中還發(fā)現(xiàn)斑馬魚的運(yùn)動(dòng)行為變化與苯酚的濃度以及染毒時(shí)間呈現(xiàn)相關(guān)性[59]。雙酚A(BPA)作為一種常見的工業(yè)原料，也是食品包裝和添加劑的典型成分。Wang等[60]的研究表明，BPA的暴露顯著改變了斑馬魚的自發(fā)運(yùn)動(dòng)，降低了觸摸反射和游泳速度；此外，1～15 μmol·L-1的BPA會(huì)導(dǎo)致斑馬魚軸肌損傷且在15 μmol·L-1時(shí)，初級(jí)和次級(jí)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的軸突生長(zhǎng)被破壞。

3.2 氰化物

氰化物可由一些特定的細(xì)菌、真菌或是藻類制造，并且存在于相當(dāng)多的植物中。由于其在自然界中廣泛存在性且毒性高，氰化物對(duì)生物體的生存環(huán)境構(gòu)成極大威脅。郭櫻子等[61]將斑馬魚胚胎暴露于氯氟氰菊酯后，發(fā)現(xiàn)低濃度(2.5 μg·L-1)時(shí)仔魚的自主運(yùn)動(dòng)頻率相較于對(duì)照組顯著升高，高濃度(10 μg·L-1)組則顯著下降；在高濃度組還發(fā)現(xiàn)斑馬魚仔魚的接觸反應(yīng)的運(yùn)動(dòng)距離明顯縮短，其游泳速度也顯著降低。

3.3 農(nóng)藥及抑菌劑對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響3.3.1 有機(jī)磷農(nóng)藥

我國(guó)是農(nóng)產(chǎn)品輸出大國(guó)，對(duì)于農(nóng)藥以及抑菌劑的使用十分頻繁，這也導(dǎo)致了環(huán)境中存在大量農(nóng)藥及抑菌劑的殘留。大量文獻(xiàn)報(bào)道了這些殘留物對(duì)生物體的危害作用，其中也有許多研究針對(duì)斑馬魚的行為變化和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的損傷進(jìn)行了系統(tǒng)分析。逯南南等[62]使用馬拉硫磷對(duì)斑馬魚進(jìn)行急性暴露后發(fā)現(xiàn)，短時(shí)間內(nèi)斑馬魚的游動(dòng)速度持續(xù)上升，最快速度達(dá)到65 mm·s-1，之后又急速下降，且斑馬魚的游動(dòng)區(qū)域幾乎全部集中于水箱上部。Wang等[63]將斑馬魚暴露于不同濃度的敵敵畏之后發(fā)現(xiàn)，在45 mg·L-1組斑馬魚橫向游動(dòng)的時(shí)間減少，在34和45 mg·L-1組進(jìn)行垂直上下游動(dòng)的斑馬魚數(shù)量增多；除此之外，各處理組均出現(xiàn)大部分斑馬魚聚集在水箱頂部靠近水面的現(xiàn)象。除了對(duì)于游動(dòng)速度及活動(dòng)區(qū)域的抑制之外，敵敵畏對(duì)于斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為中的其他代表性指標(biāo)均有不同程度的影響。黃毅等[64]的研究結(jié)果表明，暴露于敵敵畏之后的斑馬魚出現(xiàn)聚集現(xiàn)象且轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下降，運(yùn)動(dòng)加速度減小，游泳活動(dòng)減少且停留在水面附近。毒死蜱(chlorpyrifos, CPF)也是一種常見的農(nóng)藥殺蟲劑。Levin等[65]對(duì)于孵化期的斑馬魚胚胎進(jìn)行CPF暴露后發(fā)現(xiàn)孵化后的斑馬魚仔魚游泳速度顯著降低，甚至靜止不動(dòng)。而Bailey等[66]則使用成年斑馬魚進(jìn)行CPF暴露，探究CPF對(duì)斑馬魚游動(dòng)速度、實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡以及社交情緒效應(yīng)(social-emotional effects)的影響。其研究結(jié)果表明，暴露于CPF的初期，斑馬魚游泳速度加快，運(yùn)動(dòng)劇烈，呈現(xiàn)興奮狀態(tài)；當(dāng)暴露持續(xù)一段時(shí)間后，斑馬魚游泳速度降低，活動(dòng)區(qū)域縮小，在最高濃度(0.6 μmol·L-1)時(shí)抑制現(xiàn)象最顯著[66]。CPF還導(dǎo)致成年斑馬魚的求偶“追尾”頻率顯著下降[66]。

3.3.2 有機(jī)氯農(nóng)藥

雙對(duì)氯苯基三氯乙烷(DDT)是常用的殺蟲劑，也是一種不易分解的有機(jī)農(nóng)藥。Tiedeken等[67]將斑馬魚胚胎暴露于DDT中發(fā)現(xiàn)斑馬魚行為紊亂，活動(dòng)能力受到抑制；為了進(jìn)一步驗(yàn)證DDT對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的干擾，在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中加入了誘導(dǎo)癲癇發(fā)作的藥物戊四唑和軟骨藻酸，發(fā)現(xiàn)DDT的存在促進(jìn)了這些藥物誘發(fā)癲癇的概率，斑馬魚出現(xiàn)顫抖及搖頭行為(head-shaking behavior)。Ton等[68]通過對(duì)抗乙?；⒐艿鞍走M(jìn)行染色，也得到了DDT損傷斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的結(jié)論。

3.3.3 抑菌劑

與農(nóng)藥一樣，抑菌劑在生產(chǎn)生活中的使用也越來越頻繁。而環(huán)境中殘留的抑菌劑對(duì)生物體一樣有著嚴(yán)重的健康威脅。已有研究表明，將斑馬魚暴露于百菌清之后，其綜合行為強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響。在0.1 TU百菌清暴露環(huán)境下的斑馬魚，其游動(dòng)、攝食、擺動(dòng)以及擺鰭均受到不同程度的影響，這4種運(yùn)動(dòng)行為受影響的程度為擺鰭>攝食>游動(dòng)>擺動(dòng)；而百菌清對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的毒性機(jī)制可能是影響了其腦中酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶(TAT)的表達(dá)過程，從而影響機(jī)體的糖代謝水平，進(jìn)而造成魚體內(nèi)三磷酸腺苷(ATP)水平降低，運(yùn)動(dòng)活力減弱[69]。Jin等[70]將斑馬魚暴露于殺菌劑抑霉唑(IMZ)之后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)300 μg·L-1的IMZ處理96 h后的幼魚平均游泳速度以及游泳距離顯著降低，AChE表達(dá)受到抑制。Altenhofen等[71]分別用斑馬魚仔魚和成年斑馬魚暴露于三唑類殺菌劑戊唑醇，發(fā)現(xiàn)4 mg·L-1組斑馬魚幼魚的行進(jìn)距離、行進(jìn)時(shí)的轉(zhuǎn)體角度、幼魚間行進(jìn)軌跡的交叉頻率以及活動(dòng)區(qū)域范圍均有所減少；而對(duì)于成魚組，4和6 mg·L-1的戊唑醇處理組出現(xiàn)游泳速度和行進(jìn)距離下降的現(xiàn)象；而對(duì)于AChE的表達(dá)情況，在成魚組沒有出現(xiàn)顯著變化，但是幼魚組的AChE mRNA表達(dá)量顯著上升。

4 混合污染廢水對(duì)斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的影響(Effect of mixed pollution wastewater on zebrafish movement behavior)

5 總結(jié)與展望(Summary and outlook)

隨著生產(chǎn)生活活動(dòng)的進(jìn)行，污染物排放到環(huán)境中的種類和數(shù)量日益增多。各類環(huán)境污染物對(duì)斑馬魚的行為模式及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)有著不同程度的干擾。通過歸納分析可見，污染物暴露于斑馬魚之后對(duì)其運(yùn)動(dòng)能力有明顯的抑制作用，包括抑制其游動(dòng)速度、游動(dòng)距離、活動(dòng)范圍以及轉(zhuǎn)體的角度、頻率等。如亞致死劑量的金屬離子污染物暴露初期通常會(huì)短暫地刺激斑馬魚加快其游泳速度，行為劇烈且軌跡紊亂，原因可能是外界的短期刺激造成斑馬魚興奮；當(dāng)暴露持續(xù)進(jìn)行或是污染物濃度增加后，對(duì)其運(yùn)動(dòng)能力的抑制作用越發(fā)明顯，且一般呈現(xiàn)濃度或時(shí)間響應(yīng)趨勢(shì)，其原因則可能是金屬離子進(jìn)入到斑馬魚體內(nèi)影響了其多巴胺神經(jīng)的正常分泌以及與多巴胺受體的正常結(jié)合。而有機(jī)污染物在導(dǎo)致斑馬魚游泳能力下降的同時(shí)，其攝食或者求偶行為也受到不同程度的影響，原因可能是有機(jī)污染物損害了斑馬魚的供能系統(tǒng)與生殖系統(tǒng)，影響代謝功能，導(dǎo)致魚ATP水平下降以及性激素含量改變。此外，環(huán)境污染物對(duì)于不同發(fā)育階段的斑馬魚的行為能力的影響程度也有差異。對(duì)于孵化初期的斑馬魚仔魚而言，其運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)尚未發(fā)育完全且體內(nèi)的解毒體系也較為薄弱，對(duì)于外界毒物的干擾所呈現(xiàn)出的受損效應(yīng)也更為嚴(yán)重。如一些毒性較大的重金屬離子或者有機(jī)農(nóng)藥等暴露后，斑馬魚仔魚的游動(dòng)速度顯著下降甚至靜止，失去運(yùn)動(dòng)能力，甚至死亡；而成年斑馬魚的運(yùn)動(dòng)能力雖然也會(huì)受損，但多數(shù)只是速度下降，轉(zhuǎn)體次數(shù)降低等，并未完全失去運(yùn)動(dòng)能力?？梢娢廴疚飳?duì)不同發(fā)育時(shí)期的斑馬魚表現(xiàn)出不同程度的損傷效果。

針對(duì)環(huán)境污染物對(duì)于斑馬魚運(yùn)動(dòng)行為的損傷，國(guó)內(nèi)外雖有大量研究報(bào)道，但大部分局限于對(duì)行為受損的表征研究，對(duì)于其受損的內(nèi)在致毒機(jī)制尚沒有系統(tǒng)的概述。生物學(xué)領(lǐng)域?qū)Π唏R魚的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)組成及調(diào)控機(jī)理已有較為成熟的研究，基于前人的研究，毒理學(xué)領(lǐng)域可以下幾個(gè)方向進(jìn)行深入探討：(1)環(huán)境污染物如何干擾斑馬魚調(diào)控運(yùn)動(dòng)行為的信號(hào)通路從而影響其運(yùn)動(dòng)行為；(2)環(huán)境污染物如何引起斑馬魚體內(nèi)自由基的含量異常進(jìn)而導(dǎo)致多巴胺能神經(jīng)元壞死，從而抑制斑馬魚的運(yùn)動(dòng)；(3)環(huán)境污染物如何抑制胞內(nèi)線粒體的合成或者損害線粒體結(jié)構(gòu)，從而抑制斑馬魚運(yùn)動(dòng)所需的能量合成。由于環(huán)境污染物的廣泛存在性及危害性，其對(duì)于運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的毒性作用研究也變得至關(guān)重要，而關(guān)于損害運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的具體作用機(jī)制還需要更加深入的研究。