雪卡毒素及其產(chǎn)毒底棲甲藻的研究現(xiàn)狀與展望

陳 荔，吳佳俊，王鵬斌

（1.香港城市大學(xué) 海洋污染國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，香港 999077；2.香港城市大學(xué) 深圳研究院 海洋與人類健康研究中心深圳海洋生物多樣性可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室深圳海洋生物多樣性可持續(xù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518057；3.香港城市大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)系，香港 999077；4.自然資源部第二海洋研究所 海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；5.自然資源部第四海洋研究所 廣西北部灣海洋資源環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 北海 536000）

雪卡毒素中毒（Ciguatera Poisoning，CP）是由食用累積了雪卡毒素的珊瑚魚引起的疾病，是一個(gè)全球公共衛(wèi)生問(wèn)題，可引起包括神經(jīng)、胃腸道及心血管不適等在內(nèi)的癥狀[1-3]。雪卡毒素中毒是全球最普遍的非細(xì)菌性海產(chǎn)品相關(guān)疾病，每年可影響超過(guò)10%的當(dāng)?shù)貚u嶼人口（約25 000～500 000 人）[4-5]。雪卡毒素中毒主要發(fā)生在35°N～35°S 的熱帶和亞熱帶地區(qū)，在太平洋、大西洋、印度洋和加勒比海等海區(qū)最為常見(jiàn)，部分島嶼被認(rèn)為是雪卡毒素中毒的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。受全球氣候變化和熱帶珊瑚魚貿(mào)易等人類活動(dòng)的影響，以及溫度升高導(dǎo)致底棲甲藻的地域性擴(kuò)張，雪卡毒素中毒事件的發(fā)生頻率不斷增加，對(duì)人類健康和海洋生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成重大威脅[6-9]。近年尤其是在溫帶地區(qū)，包括韓國(guó)、日本、大洋洲、新西蘭、墨西哥灣北部和地中海等地也多有雪卡毒素中毒事件的報(bào)道[3,10-15]。在香港，自1980 年以來(lái)已有462 例雪卡毒素中毒病例，平均每年高達(dá)28 例的病例，并分別在1998 年和2004 年發(fā)生了2 起影響達(dá)600 多人的突發(fā)中毒事件[16]。1965 年至2010，澳大利亞共報(bào)道了1 400 多例病例[17]；沖繩是日本發(fā)病率最高的地區(qū)，1997 年至2006 年間共錄得33 例病例[18]。意識(shí)到此毒素在全球部分區(qū)域的嚴(yán)重性，多個(gè)國(guó)際組織發(fā)起了關(guān)于雪卡毒素中毒國(guó)際合作計(jì)劃，如全球有害藻華計(jì)劃（GlobalHAB）啟動(dòng)了1 個(gè)核心研究項(xiàng)目“底棲系統(tǒng)的有害藻華（HABs in Benthic Systems）”，北太平洋海洋科學(xué)組織啟動(dòng)了名為“雪卡（Ciguatera）”的國(guó)際合作項(xiàng)目。

雪卡毒素（Ciguatoxins，CTXs）是一種高度氧化的環(huán)狀聚醚梯類毒素，由13～14 個(gè)環(huán)組成，通過(guò)醚鍵融合成剛性梯狀結(jié)構(gòu)，具有較高的分子量[19-22]。雪卡毒素主要由岡比亞藻屬（Gambierdiscus）和福氏藻屬（Fukuyoa）的底棲甲藻產(chǎn)生，它們附生在珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中的海洋基質(zhì)，如大型藻類、沙子或珊瑚碎石上[23-24]。草食性動(dòng)物偶然會(huì)攝取到這些藻類，毒素就經(jīng)由食物網(wǎng)轉(zhuǎn)移進(jìn)魚體內(nèi)，從而進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為更具毒性的三級(jí)代謝物[5]。在不同營(yíng)養(yǎng)級(jí)別的魚體中均發(fā)現(xiàn)有雪卡毒素，例如海鰻、石斑魚、鯛魚和梭魚等[22]。2006—2008 年，在中國(guó)南方沿岸捕獲的野生珊瑚礁魚類中也檢測(cè)到了雪卡毒素，通過(guò)小鼠生物法測(cè)定，其中17.4%的樣本超出了毒素最大允許水平（以每千克魚肉含100 ng 太平洋型雪卡毒素1 計(jì)）[25]。在我國(guó)南方部分地區(qū)也發(fā)現(xiàn)有岡比亞藻屬藻類，如西沙群島[26]、海南島[27]、香港[27]、大亞灣和大鵬灣海域等[28]。除岡比亞藻屬外，其他底棲甲藻種屬，包括福氏藻屬（Fukuyoa）、庫(kù)里亞藻屬（Coolia）、蠣甲藻屬（Ostreopsis）和原甲藻屬（Prorocentrum）也會(huì)產(chǎn)生CTXs、刺尾魚毒素（Maitotoxins,MTXs）或其類似物，這導(dǎo)致了日本沖繩[29-30]、越南[31]、泰國(guó)[32]、中國(guó)海南[33]和香港[27,34]等地也出現(xiàn)雪卡毒素中毒。然而，目前對(duì)于這些物種的研究并不全面，關(guān)于這些底棲甲藻的化學(xué)和生物多樣性表征的研究工作仍在進(jìn)行中。

1 雪卡致病甲藻的種類多樣

1979 年，采自法國(guó)波利尼西亞甘比爾群島（Gambier Islands）的G.toxicus首次被鑒定為岡比亞藻，并建立了新屬[35]。截至目前，全球分別發(fā)現(xiàn)岡比亞藻屬18 種，福氏藻屬藻種3 種。其中2 種球狀種F.yasumotoi和F.ruetzleri曾被歸類為岡比亞藻屬。此外，福氏藻屬發(fā)現(xiàn)了1 個(gè)新物種被描述為F.paulensis。這些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了已知的可導(dǎo)致雪卡毒素中毒的藻種范圍，但對(duì)于其他未命名的遺傳進(jìn)化分枝，仍有待進(jìn)一步識(shí)別和分類。表1 給出了岡比亞藻屬和福氏藻屬各個(gè)種類首次報(bào)道的年份和位置。

表1 截至2020 年岡比亞藻屬和福氏藻屬的物種鑒定年表Table 1 Chronology of Gambierdicus and Fukuyo species identifications up to 2020

近年來(lái)，在亞洲地區(qū)也記錄到了岡比亞藻屬與福氏藻屬物種。例如，1995 年在大西洋首次發(fā)現(xiàn)了G.belizeanus，隨后2013 年在馬來(lái)西亞和印度洋地區(qū)亦發(fā)現(xiàn)該物種[36-38]；2014 年首次在泰國(guó)海岸發(fā)現(xiàn)了G.caribaeus[32]；G.caribaeus、G.australes和G.pacificus在中國(guó)海南島也有記錄[26]。

2 雪卡致病甲藻毒素的化學(xué)多樣性

2.1 CTXs 種類及檢測(cè)方法

根據(jù)檢測(cè)到的CTXs 的化學(xué)結(jié)構(gòu)骨架和來(lái)源，可將CTXs 分為3 類：太平洋型雪卡毒素（P-CTX）、加勒比海型雪卡毒素（C-CTX）和印度洋型雪卡毒素（I-CTX）。目前已報(bào)道了30 多種不同類型的CTXs 類似物（表2）[1,20,39]。

表2 目前已知的CTXs 類似物[1,20,39]Table 2 Currently known CTXs congeners[1,20,39]

續(xù)表

使用Diaion? HP20 固相吸附毒素追蹤技術(shù)能提取CTXs[40]。液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（LC-MS）已成為檢測(cè)CTXs 和其他生物毒素的主要儀器分析方法[41]，其檢測(cè)限可達(dá)1/109級(jí)別。小鼠生物檢測(cè)法、貓鼬生物檢測(cè)法和基于細(xì)胞的毒性實(shí)驗(yàn)，例如小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞檢測(cè)法及溶血實(shí)驗(yàn)，都是高靈敏度的毒素檢測(cè)的替代方法。利用小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞檢測(cè)法檢測(cè)發(fā)現(xiàn)不同岡比亞藻屬物種的毒性差異很大，有些藻株的毒性可比其他藻株高幾個(gè)數(shù)量級(jí)（表3）[42]。

表3 基于小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞檢測(cè)法測(cè)定的CTX 樣的毒性數(shù)據(jù)Table 3 Neuro-2a cell-based assay for measuring CTX-like toxicity

2.2 CTXs 對(duì)人類及魚類的影響

人類接觸到CTXs 會(huì)引致長(zhǎng)期的感覺(jué)遲鈍，以及一些胃腸道、神經(jīng)系統(tǒng)與心血管系統(tǒng)的疾病。急性中毒的臨床癥狀主要包括：消化系統(tǒng)表現(xiàn)，如惡心、嘔吐、腹瀉、腹痛等，易誤診為急性胃腸炎或食物中毒；神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)，如唇、舌、咽喉有發(fā)麻或針扎感，2～3 d 之后身體會(huì)出現(xiàn)蟻爬感、疼痛、溫感倒錯(cuò)等異常，其中“熱感顛倒”是較為獨(dú)特的現(xiàn)象；心血管系統(tǒng)表現(xiàn)，如心動(dòng)過(guò)速或者竇性心動(dòng)過(guò)緩、休克或血壓降低等。然而，雪卡毒素中毒的嚴(yán)重程度和攝取的毒素量沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在明顯的相關(guān)性，這可能與如何計(jì)算觀察到的最低不良反應(yīng)水平的值有關(guān)[43]。

此外，低濃度的雪卡毒素也會(huì)影響魚類并改變生態(tài)系統(tǒng)[44]。如當(dāng)暴露于微量P-CTX-1[45]時(shí)，海水青鳉魚的多項(xiàng)生理指標(biāo)被影響，并出現(xiàn)行為異常。分子生物學(xué)分析還表明，低濃度的P-CTX-1 會(huì)對(duì)幼魚的發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響[46]。

2.3 其他類型的化合物

44-methylgambierone，亦稱作maitotoxin-3，最初在G.australes中發(fā)現(xiàn)，是岡比亞藻屬常見(jiàn)的化學(xué)物質(zhì)，F(xiàn).ruetzleri也能產(chǎn)生這種毒素[47-49]；Gambieroxide 在法屬波利尼西亞采集的G.toxicus中分離得到[50]；Gambierone 由G.belizeanus產(chǎn)生，具有與CTX-3C 類似的生物活性[51]；Gambieric acid A、B、C 和D 是從G.toxicus的培養(yǎng)基中分離出來(lái)的，這些Gambieric acid 具有很強(qiáng)的抗真菌活性。從G.toxicus中提取的Gambierol 能通過(guò)電壓門控鉀通道的阻斷作用抑制快速鉀離子通道[52-53]，Gambierol 的結(jié)合機(jī)制可通過(guò)其對(duì)通道嵌合體的高親和力來(lái)解釋[54]。Gambierol 對(duì)不同的鉀通道類型作用有差異，對(duì)Kv1.2、Kv1.3 和Kv1.4 均具有抑制作用，對(duì)Kv1.1 和Kv1.5 則有很強(qiáng)的抑制作用，然而對(duì)Kv1.6 沒(méi)有觀察到抑制作用[55]。

岡比亞藻屬產(chǎn)生的其他特別的代謝物仍在研究中，包括一系列與CTXs 相關(guān)且結(jié)構(gòu)類似于蝦夷扇貝毒素（Yessotoxins）的未能鑒定的聚醚類化合物[56]。對(duì)所有已知的岡比亞藻屬和福氏藻屬物種的次生代謝物開(kāi)展進(jìn)一步研究至關(guān)重要，因?yàn)檫@些信息有助于進(jìn)行雪卡毒素中毒的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。然而，由于缺乏足夠的可供提取純化的材料以及合適的純化方案，開(kāi)展這些化合物的表征工作仍很困難。此外，許多毒素不具備結(jié)晶性質(zhì)也是識(shí)別和表征新類似物的障礙[52]。一些研究人員推測(cè)，致病甲藻中的毒素和代謝物譜有助于揭示毒素在魚體內(nèi)的毒代動(dòng)力學(xué)，但毒代動(dòng)力學(xué)又因所在地區(qū)不同或魚種類不同而異[3,57-58]。

3 雪卡毒素產(chǎn)毒甲藻的生理生態(tài)學(xué)

對(duì)岡比亞藻屬物種的生理學(xué)和生態(tài)學(xué)已經(jīng)進(jìn)行了深入研究，得出的最佳生長(zhǎng)條件為：擁有充足的附生基質(zhì)（例如大型藻類和草皮狀海藻）；水溫在21～31 ℃，最佳范圍是25～29 ℃；鹽度高且穩(wěn)定；位于淺水（深度小于50 m）水域；水環(huán)境平靜穩(wěn)定，水層擾動(dòng)輕微，處于低或中等水平；營(yíng)養(yǎng)充足等[15]。

3.1 雪卡毒素致病藻與大型藻類基質(zhì)的關(guān)系

引起雪卡毒素中毒的底棲甲藻在多種生物和非生物基質(zhì)中被發(fā)現(xiàn)采集，例如沙子、碎屑聚集體、死珊瑚、海草和藻類等[59]。作為一個(gè)動(dòng)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)常受到熱帶氣旋、棘冠海星爆發(fā)和珊瑚白化等大規(guī)模擾動(dòng)事件的影響，使其暫時(shí)或永久地由以珊瑚為主的礁類棲息地轉(zhuǎn)變?yōu)橐源笮驮孱悶橹鞯慕割悧⒌?。具有紅藻門、褐藻門、綠藻門等群落的以大型藻類為主的珊瑚礁棲息地，皆是岡比亞藻屬藻種的理想棲息地。一些岡比亞藻屬藻種表現(xiàn)出對(duì)某些大型藻類基質(zhì)的偏好，這些大型藻通常具有理想的3D 結(jié)構(gòu)、良好的柔韌性和較大的表面積[60-61]。岡比亞藻屬藻種可通過(guò)黏液包膜附著在大型藻類上。研究表明，水體流動(dòng)、光照水平的變化和其他外部因素都可以使一些岡比亞藻屬藻種脫離其基質(zhì)并出現(xiàn)自由泳動(dòng)的行為[62-63]。因此，岡比亞藻屬不是固性的附生植物。大型藻類除了為附生藻類提供保護(hù)表面外，還通過(guò)供給營(yíng)養(yǎng)和遮蔭提供有利的生長(zhǎng)條件[61,64]。

在珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中，藻類已經(jīng)進(jìn)化出多種防御機(jī)制，例如快速生長(zhǎng)、低營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及化學(xué)或結(jié)構(gòu)防御以抵抗草食性動(dòng)物的放牧壓力。有證據(jù)表明有毒底棲甲藻和大型藻類基質(zhì)之間存在化感作用[65]。此外，由于大型藻類適口性的差異，大型藻類宿主與甲藻的關(guān)系會(huì)影響雪卡毒素通過(guò)食物鏈的轉(zhuǎn)移。例如，即使附著的岡比亞藻屬藻種細(xì)胞密度可能相對(duì)較低，但具有高生長(zhǎng)速度和良好適口性的絲狀藻類是在食物鏈中提高雪卡毒素通量的主要途徑。也就是說(shuō)，即使在低細(xì)胞密度的情況下，被草食性動(dòng)物積極消耗的大型藻類也可能導(dǎo)致高毒素通量，而具有較高細(xì)胞密度但適口性較差的藻類可能對(duì)通過(guò)海洋食物網(wǎng)的毒素轉(zhuǎn)移幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)[3,59]。在大型藻類宿主的適口性的背景下探索岡比亞藻屬物種的組成和種群豐度還需要進(jìn)一步研究。

3.2 環(huán)境因素對(duì)雪卡毒素致病甲藻生長(zhǎng)及產(chǎn)毒的影響

營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)菌、光照強(qiáng)度、溫度和鹽度促進(jìn)了甲藻的生長(zhǎng)和生態(tài)分布，這些因素也會(huì)影響毒素的產(chǎn)生。然而，關(guān)于環(huán)境因素對(duì)CTXs 產(chǎn)生影響的研究得出的結(jié)論不一致且互相矛盾。例如，關(guān)于營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和組成，夏威夷的岡比亞藻屬藻的密度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度之間沒(méi)有直接關(guān)系[66]。然而，在營(yíng)養(yǎng)鹽濃度最高的地方卻觀察到了最高的細(xì)胞密度[29]。類似地，除了氮磷比（N∶P）為5∶1 之外，對(duì)于2 個(gè)藻株（大西洋藻株MQ2 與太平洋藻株TO4）的所有N∶P 似乎都不會(huì)影響Na+的活性[3]。相反，不產(chǎn)毒的藻種在30∶1 的N∶P（磷限制）下會(huì)產(chǎn)生毒素，對(duì)此現(xiàn)象目前無(wú)法解釋[67]。一些研究人員認(rèn)為遺傳因素或能解釋它們對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的不同反應(yīng)，同時(shí)也可解釋岡比亞藻屬藻種產(chǎn)生毒素變化的原因[68]。對(duì)不同地理來(lái)源的藻種或藻株應(yīng)當(dāng)開(kāi)展進(jìn)一步的營(yíng)養(yǎng)鹽研究以深入了解影響其生長(zhǎng)或產(chǎn)毒的原因[67]。

早期的報(bào)道顯示，岡比亞藻屬更喜歡不超過(guò)全日照10%的光強(qiáng)度[69]。G.carpenter的毒素產(chǎn)量在低光強(qiáng)度下很高，但當(dāng)輻照度達(dá)到160 μmol photons·m-2·s-1時(shí)會(huì)降低1/2[70]。近年開(kāi)展的對(duì)生長(zhǎng)速率和輻照度之間關(guān)系的研究表明，4 種岡比亞藻屬藻種的最佳和半最佳光強(qiáng)度范圍分別約為200 和70～400 μmol photons·m-2·s-1。岡比亞藻屬維持生長(zhǎng)的光強(qiáng)度僅約為10 μmol photons·m-2·s-1，遠(yuǎn)低于另一種有毒的底棲甲藻Ostereopsissp.[71-72]。

長(zhǎng)期以來(lái)，溫度一直被認(rèn)為是影響岡比亞藻屬種群規(guī)模和分布的關(guān)鍵因素[73]。岡比亞藻屬種群通常在較高溫度條件下（25～30 ℃）的棲息地中更豐富。在這種情況下，海表溫度上升可能與岡比亞藻和福氏藻種群的地理范圍擴(kuò)大及雪卡毒素中毒爆發(fā)的次數(shù)增加有關(guān)[74-75]。盡管有時(shí)報(bào)道的結(jié)果相互矛盾，但多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室研究已經(jīng)確定了溫度對(duì)岡比亞藻種群生長(zhǎng)的影響。多個(gè)藻種的最佳溫度范圍在25～31 ℃，溫度低于15～21 ℃或高于31～34 ℃時(shí)岡比亞藻的生長(zhǎng)速度要慢得多[76-77]。這基本與實(shí)地調(diào)查的結(jié)果一致[75,78-79]。研究人員也觀察到溫度對(duì)岡比亞藻屬物種（例如G.carpenteri）生長(zhǎng)和毒素產(chǎn)生的負(fù)面影響，這表明溫度變化的不利影響可能影響毒素生物合成過(guò)程中mRNA 的上調(diào)和下調(diào)[70]。

鹽度也在岡比亞藻屬的生長(zhǎng)和毒性中起關(guān)鍵作用。G.caribaeus在鹽度為30 時(shí)表現(xiàn)出最佳生長(zhǎng)率，但鹽度為17 時(shí)未觀察到細(xì)胞增殖[10,80]。大多數(shù)岡比亞藻屬藻種在鹽度為28～35 表現(xiàn)出相當(dāng)大的適應(yīng)性，但適應(yīng)性和最佳鹽度因不同物種/藻株而異。Xu 等[81]研究表明鹽度30.1～38.5 和溫度23.8～29.2 ℃是17 株岡比亞藻的最佳生長(zhǎng)條件。在菲律賓鹽度為30 的海域分離得到的G.carpenteri在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)26～41 的鹽度范圍表現(xiàn)出極大適應(yīng)性，在此范圍內(nèi)，產(chǎn)CTXs 的最佳鹽度為26，但產(chǎn)毒能力在鹽度29～41 時(shí)下降。然而，迄今尚不清楚鹽度如何影響毒素的生物合成。一種假設(shè)認(rèn)為CTXs 可能通過(guò)作為激活劑或抑制劑作用于電壓門控鈉通道來(lái)影響細(xì)胞內(nèi)的滲透壓調(diào)節(jié)[3,82]。

Holmes 和Lewis 發(fā)現(xiàn)G.toxicus產(chǎn)生的CTXs 的濃度和類型在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)期間會(huì)發(fā)生變化，這表明微生物菌群的改變可能會(huì)影響生物毒素的產(chǎn)生[83]。在基里巴斯共和國(guó)馬拉凱島的一個(gè)雪卡毒素中毒熱點(diǎn)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的微生物群落，具有高豐度的不動(dòng)桿菌屬、弓形桿菌屬、假單胞菌屬、陶氏菌屬和弧菌屬[84]。一些研究還表明，細(xì)菌群落可以調(diào)節(jié)底棲甲藻的生長(zhǎng)和毒性。岡比亞藻在無(wú)菌條件下不能很好地生長(zhǎng)，并且群體感應(yīng)細(xì)菌被認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生信號(hào)分子來(lái)刺激岡比亞藻細(xì)胞增殖和生產(chǎn)CTXs[84-85]。

3.3 影響毒素產(chǎn)生的其他因素

岡比亞藻屬的毒素譜征和毒性在不同的藻種和藻株之間差異很大。有研究使用小鼠神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞毒性試驗(yàn)測(cè)試了來(lái)自7 個(gè)不同種的32 株岡比亞藻的毒性。種內(nèi)毒株毒力相差2～27 倍，種間毒株毒力相差可達(dá)1 740 倍[86]。此外，從昆士蘭、夏威夷、法屬波利尼西亞和澳大利亞維爾京群島分離出的13 株G.toxicus中，只有部分藻株產(chǎn)生CTXs[67]。生長(zhǎng)速率和生長(zhǎng)階段也會(huì)影響CTXs 或MTXs 的產(chǎn)生[67,87]。相對(duì)較低的生長(zhǎng)速率和較高的胞內(nèi)毒素含量可能是減少與其他共存微藻的競(jìng)爭(zhēng)或限制草食性動(dòng)物放牧的重要進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。

在與雪卡毒素相關(guān)的生物群落中，岡比亞藻屬和福氏藻屬藻種經(jīng)常被發(fā)現(xiàn)與其他底棲甲藻，如庫(kù)里亞藻屬、蠣甲藻屬、原甲藻屬和前溝藻屬（Amphidinium）等種類相關(guān)[27,29-34,88-91]。這些類群中CTXs 和其他代謝物的化感作用仍未被完全了解。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)仍然不能完全了解引起化感作用的次級(jí)代謝物的動(dòng)態(tài)變化。此外，一些研究觀察到岡比亞藻屬和福氏藻屬對(duì)野外同時(shí)存在的底棲甲藻或硅藻具有化感作用[92-95]。

4 雪卡毒素生物合成機(jī)制

近幾十年來(lái)，人們致力于研究藻毒素的生物合成機(jī)制。組學(xué)技術(shù)被指是解開(kāi)生物合成途徑和機(jī)制的有效工具。最近，使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)方法闡明了擬菱形藻（Pseudo-nitzschia）產(chǎn)生的軟骨藻酸（Domoic acid）的關(guān)鍵生物合成途徑[96]。在遺傳上，岡比亞藻的基因組大約為30 Gbp，例如，G.australes為32.5 Gbp，G.belizeanus為35 Gbp，大約是人類基因組大小的6 倍[97-98]。由于很難對(duì)岡比亞藻的整個(gè)基因組進(jìn)行測(cè)序，因此對(duì)毒素產(chǎn)生的生物合成機(jī)制仍然知之甚少。

目前，大多數(shù)研究都集中在毒素的檢測(cè)和分離上，尤其是對(duì)來(lái)自岡比亞藻屬的CTXs/MTXs，但很少有人研究可能參與這些毒素生物合成途徑的其他化合物，例如代謝中間體。眾所周知，來(lái)自岡比亞藻屬的毒素（CTXs/MTXs）屬于梯狀多環(huán)聚醚類結(jié)構(gòu)，它們的合成被認(rèn)為與聚酮化合物合酶（Polyketide Synthase，PKS）復(fù)合物有關(guān)。根據(jù)這一假設(shè)，研究人員在轉(zhuǎn)錄組水平上對(duì)岡比亞藻屬藻種中毒素的生物合成機(jī)制進(jìn)行了剖析。Pawlowiez 等[99]在G.polynesiensis上使用從頭轉(zhuǎn)錄組測(cè)序鑒定了33 個(gè)相關(guān)序列以及與參與脂肪酸合成的I 型聚酮化合物合酶相似的22 個(gè)重疊群編碼的結(jié)構(gòu)域。Kohli 等[98]研究了G.australes和G.belizeanus的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)了306 個(gè)參與PKS 生物合成的基因，并鑒定了192 個(gè)編碼酮脂酰合酶的轉(zhuǎn)錄本。來(lái)自聚酮化合物生物合成的雪卡毒素前體（多烯）經(jīng)歷多環(huán)氧化和隨后的環(huán)氧化物環(huán)化后構(gòu)成雪卡毒素。隨后，他們比較了G.excentricus和G.polynesians的轉(zhuǎn)錄組[100]，發(fā)現(xiàn)有264 個(gè)重疊群編碼單域β-酮基具有相似的I 型聚酮合酶序列，包括24 個(gè)重疊群編碼多結(jié)構(gòu)域聚酮合酶，其中17 個(gè)是β-酮合酶、酮還原酶、s-丙二酰轉(zhuǎn)移酶、脫水酶和烯醇還原酶[100]。

Wu 等[101]使用2 種不同的轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法（包括RNA 測(cè)序和抑制消減雜交）比較了產(chǎn)CTXs 和不產(chǎn)CTXs的G.balechii藻株。發(fā)現(xiàn)編碼PKS 的52 個(gè)基因在產(chǎn)CTXs 的藻株中上調(diào)，3 個(gè)在不產(chǎn)CTXs 的藻株中上調(diào)，并推測(cè)CTXs 的生物合成可能在葉綠體中作為轉(zhuǎn)運(yùn)肽進(jìn)行。Van Dolah 等[102]調(diào)查了產(chǎn)雪卡毒藻種G.polynesiensis和非產(chǎn)雪卡毒藻種G.pacificus中PKS 基因轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)存在模塊化和單域PKS 轉(zhuǎn)錄物。此外，單域β-酮脂酰合酶轉(zhuǎn)錄物在這2 個(gè)藻種中都得到了高度擴(kuò)增，而G.polynesiensis表達(dá)了更多的多結(jié)構(gòu)域PKS，并且每個(gè)轉(zhuǎn)錄物的模塊數(shù)量比非產(chǎn)雪卡毒的G.pacificus更多。G.polynesiensis中最大的PKS 轉(zhuǎn)錄物編碼10 516 個(gè)氨基酸，7 個(gè)模塊蛋白，預(yù)計(jì)將合成部分聚醚骨架[102]。根據(jù)這些結(jié)果推斷PKS 基因序列可能與CTX 生物合成有關(guān)，但仍然沒(méi)有令人信服的數(shù)據(jù)支持PKS 在聚醚化合物合成中的獨(dú)特作用。

5 CTXs 在含雪卡毒魚類中的生物轉(zhuǎn)化和累積

CTXs 通常被認(rèn)為是雪卡毒素中毒的主要毒素，已在各種魚類的組織（尤其是頭部和內(nèi)臟）中被發(fā)現(xiàn)[103]。草食性魚類是肉食性和雜食性捕食者的主要食物來(lái)源之一，也是日本報(bào)道的引致雪卡毒素中毒海產(chǎn)品的主要來(lái)源[18]。這些魚通常是具有生物轉(zhuǎn)化和生物積累能力的底棲類動(dòng)物，可以通過(guò)攝食當(dāng)?shù)厣汉鹘赶到y(tǒng)中的產(chǎn)毒藻株來(lái)積累CTXs[1]。迄今為止，已發(fā)現(xiàn)400 多種魚類具有雪卡毒性，例如海鰻、石斑魚、鯛魚、梭魚、鲹魚、鯖魚、鲀魚和刺尾魚[22,104],其中海鰻通常被認(rèn)為是毒性最強(qiáng)的含雪卡毒素的魚[105]。這些雪卡毒魚對(duì)人類健康構(gòu)成了巨大威脅，并影響當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)和經(jīng)濟(jì)。事實(shí)上，在加勒比海、澳大利亞和法屬波利尼西亞都禁止捕撈、出售或食用具雪卡毒的魚類[106]。

因?yàn)榫哐┛ǘ镜聂~類有不同的CTXs 積累能力，所以有必要了解它們對(duì)CTXs 的吸收和凈化動(dòng)力學(xué)以及其組成與含量。以往的研究表明，高濃度的CTX-3C 可顯著降低魚卵的孵化率，并對(duì)珊瑚魚有致命威脅[44]。在肉食性和雜食性魚類中也檢測(cè)到比草食性魚類更高濃度的P-CTX-1[22]。P-CTX-1 由于其具有親脂性和高穩(wěn)定性而在食物鏈中持久存在，在高營(yíng)養(yǎng)級(jí)食肉動(dòng)物中被生物放大至高毒素水平。迄今為止，僅對(duì)海鰻（Lycodontis javanicus）、紅鯛（Lutjanus bohar）、點(diǎn)帶石斑魚（Epinephelus coioides）和海洋青鳉（Oryzias melastigma）這些魚類開(kāi)展了CTXs 的毒代動(dòng)力學(xué)研究[45,107-108]，對(duì)絕大多數(shù)其他雪卡毒魚種類中CTXs 的毒代動(dòng)力學(xué)仍然知之甚少，因此需要進(jìn)行更多的研究。石斑魚是亞洲地區(qū)最常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)魚類，也經(jīng)常與中毒事件有關(guān)。本文作者研究團(tuán)隊(duì)也專注于石斑魚對(duì)CTXs 的吸收和凈化機(jī)制的研究[107]，研究結(jié)果將有助于為建立評(píng)估亞洲地區(qū)CTX 的毒性和藥代動(dòng)力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)方案提供參考。

6 結(jié)論與展望

為了更好地了解引起雪卡毒素中毒的海洋底棲甲藻和相關(guān)毒素，近年來(lái)，研究人員在底棲甲藻的生物多樣性、種群分布、化學(xué)多樣性、生態(tài)生理學(xué)、毒理學(xué)、毒素產(chǎn)生和毒代動(dòng)力學(xué)等方面都開(kāi)展了大量研究并取得了重大進(jìn)展。近期的研究結(jié)果也為雪卡毒素中毒擴(kuò)展到其他熱帶和亞熱帶地區(qū)的事件提供了證據(jù)。在亞洲地區(qū)分離出有毒的岡比亞藻屬與福氏藻屬物種并在珊瑚魚中檢測(cè)到CTXs 的事實(shí)表明，亞太海區(qū)是未來(lái)潛在的雪卡毒素中毒爆發(fā)地點(diǎn)，應(yīng)該更認(rèn)真地考慮如何應(yīng)對(duì)這種毒素綜合癥。但在亞洲地區(qū)，岡比亞藻屬與福氏藻屬的研究進(jìn)展相對(duì)緩慢，還需進(jìn)行更多基礎(chǔ)研究?；谘┛ǘ舅氐难芯楷F(xiàn)狀與進(jìn)展，以下應(yīng)是未來(lái)研究值得考慮和加強(qiáng)的幾個(gè)方向：①?gòu)膩喬嚓P(guān)海域分離和鑒定岡比亞藻屬與福氏藻屬藻種；②建立地區(qū)藻種保藏中心保存這些藻株以進(jìn)行深入研究或比較研究；③篩選這些藻株的毒性并優(yōu)化產(chǎn)生毒素的培養(yǎng)條件；④全面研究甲藻物種的CTXs 毒素譜，尤其是大量產(chǎn)毒的藻種；⑤研究藻毒素在魚體內(nèi)的毒素吸收與消除情況。由于現(xiàn)場(chǎng)條件與實(shí)驗(yàn)室控制條件有很大不同，因此有必要進(jìn)行持續(xù)、全面的現(xiàn)場(chǎng)研究和市場(chǎng)調(diào)查，以更好地了解雪卡毒素中毒與雪卡產(chǎn)毒物種分布之間的關(guān)系。最終目標(biāo)是將致病海洋底棲甲藻的生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)方面的最新進(jìn)展轉(zhuǎn)化為實(shí)際解決方案，以便更可靠地評(píng)估亞太地區(qū)的雪卡毒素中毒風(fēng)險(xiǎn)和實(shí)施有效的緩解計(jì)劃。