作者：Hai Xu (许海), Xing Dong (董星), Wenhui Qiu (裘文慧), Xuchun Qiu (邱旭春), Zhen Zhang (张祯)^*

单位：江苏大学环境与安全工程学院，南方科技大学环境科学与工程学院

doi号：10.1021/envhealth.5c00341

文章英文题目：Concentration-Specific Neurotoxic Pathways of Tetrabromobisphenol A and Tetrabromobisphenol A Bis(2-Hydroxyethyl Ether) in Zebrafish Larvae

文章中文题目：四溴双酚A及其衍生物四溴双酚A双(2-羟乙基)醚在斑马鱼幼鱼暴露中呈现浓度特异性神经毒性通路

亮点总结：

本研究揭示TBBPA及TBBPA-BHEE在非致死浓度和环境相关浓度下表现出截然不同的神经毒性机制：非致死浓度浓度暴露通过抑制CREB通路导致明确的神经发育缺陷，而环境相关浓度暴露虽诱导相似表型但缺乏经典神经毒性通路的转录证据，凸显低剂量毒性的复杂性及其研究的迫切性。

背景介绍：

四溴双酚A（TBBPA）作为全球使用最广泛的溴系阻燃剂，在印刷电路板、电子设备及交通工具等领域应用广泛。TBBPA及其衍生物（如TBBPA-BAE、TBBPA-BDBPE、TBBPA-BGE、TBBPA-BHEE 和 TBBPA-BME等）因化学稳定性强和使用范围广，易从产品中释放并在环境介质（水体、土壤、灰尘）中频繁检出，浓度范围从ng/L到μg/L。这些化合物在水生动物体内表现出较强的生物蓄积性，并已在人类血清、母乳和脐带血中检出，提示其对野生动物和人类健康存在潜在风险。

发育中的神经系统对化学物质损伤高度敏感。即使低剂量暴露也可能干扰神经分化、突触形成和神经传递，导致长期的认知和行为损伤。尽管已有研究报道TBBPA可诱导发育神经毒性、改变运动行为并损害海马神经发生，但其神经毒性机制——特别是在环境相关浓度下——仍不清楚。TBBPA衍生物在环境中持续存在，可能具有不同的毒理学特征，但相关研究数据十分有限。本研究首先根据最近在环境介质和生物样品中的检测结果，选择了五种 TBBPA 衍生物 TBBPA-BAE、TBBPA-BDBPE、TBBPA-BGE、TBBPA-BHEE 和 TBBPA-BME 对斑马鱼胚胎进行急性毒性分析，发现TBBPA-BHEE对斑马鱼胚胎96 h半致死浓度最小，毒性最大。因此，选择TBBPA和TBBPA-BHEE，利用斑马鱼模型，通过整合形态学、行为学、生化和转录组学评估，系统探讨TBBPA及TBBPA-BHEE在不同浓度下的神经毒性机制，为风险评估和监管决策提供科学依据。

文章亮点：

1. 浓度塑造毒性本质:揭示剂量-效应关系的复杂性：TBBPA和TBBPA-BHEE非致死浓度暴露通过抑制CREB通路导致明确的神经发育缺陷，而环境相关浓度暴露虽诱导相似表型但缺乏经典神经毒性通路的转录证据,提示其可能通过表观遗传修饰或代偿性神经适应等替代机制介导。

2. 多组学整合揭示核心分子调控网络：整合转录组学和miRNA图谱分析发现，TBBPA和TBBPA-BHEE非致死浓度暴露下神经相关基因及关键miRNAs显著下调，通过破坏CREB信号通路和突触发生导致运动神经元损伤和行为缺陷。

3. 低剂量毒性的矛盾凸显环境毒理学研究的新挑战：TBBPA和TBBPA-BHEE环境相关浓度暴露引起的转录改变主要涉及细胞命运决定和代谢紊乱而非神经发育通路，表明低浓度神经毒性可能通过非转录调控或表观遗传修饰等隐蔽机制介导，挑战传统风险评估范式。

图文解读：

1. TBBPA和TBBPA-BHEE诱导的神经行为和运动神经元发育改变 

图1. 该图显示了非致死浓度和环境相关浓度TBBPA和TBBPA-BHEE暴露对斑马鱼幼鱼运动行为的浓度依赖性双相效应：非致死浓度暴露显著降低幼鱼运动速度(TBBPA-H和BHEE-H组，p<0.01或p<0.001)，且对光暗刺激的响应逐渐减弱，BHEE-H组几乎无响应（图1A、1B)，提示运动神经调节功能严重受损。随暴露浓度增加,转基因斑马鱼Tg(hb9:EGFP)运动神经元轴突长度显著缩短(所有处理组，p<0.001或p<0.0001)。高浓度组（TBBPA-H和BHEE-H）出现轴突弯曲、断裂及形态异常(图1C),直接证实TBBPA和TBBPA-BHEE对神经系统结构发育的不良影响。

运动行为改变与轴突损伤的关联揭示，TBBPA和TBBPA-BHEE通过破坏运动神经元结构完整性导致运动功能障碍。浓度差异导致的相反行为表型（抑制vs.兴奋）提示不同暴露水平下毒性机制的根本差异：高浓度可能直接损伤神经元并抑制神经传递，而低浓度可能通过增强神经兴奋性或代偿性适应导致运动亢进。

2. TBBPA和TBBPA-BHEE暴露后斑马鱼幼鱼神经递质水平变化

图2. 该图显示了在环境相关浓度暴露组，γ-氨基丁酸（GABA）、多巴胺（DA）和乙酰胆碱（Ach）水平均无显著变化（图2A），提示环境水平暴露未直接干扰神经递质稳态，但这与观察到的运动亢进表型形成矛盾，暗示其作用机制可能不依赖于神经递质水平的整体改变；在非致死浓度暴露组，所有处理组GABA水平显著下降（p<0.05、p<0.01或p<0.001），而DA和ACh水平无显著变化（图2B）。

3. TBBPA和TBBPA-BHEE诱导脑区细胞凋亡和颅面发育异常

图3. 吖啶橙染色显示TBBPA和TBBPA-BHEE所有暴露水平（包括环境相关浓度）均诱导脑区明显凋亡（图3A），表明即使低浓度暴露也对神经元存活产生不良影响。颅面形态测量结果显示，非致死浓度暴露导致斑马鱼角鲨软骨长度（CCL）和下颌长度（LJL）显著缩短，非致死浓度中TBBPA高浓度组眼间距（ID）也显著减小；而所有环境相关浓度暴露均引起ID、CCL和LJL显著缩短（图3B）。

颅面发育异常是神经嵴细胞分化和迁移受损的标志，与神经系统发育密切相关。凋亡和颅面畸形在所有浓度下均出现，但仅高浓度暴露伴随明显的分子通路改变，提示低浓度毒性可能通过更隐蔽的机制（如表观遗传调控）实现。

4. 环境相关浓度TBBPA和TBBPA-BHEE对基因表达谱及生物学功能的影响

图4. 该图显示了环境相关浓度TBBPA和TBBPA-BHEE暴露诱导的斑马鱼幼鱼基因表达谱变化（图4A）。IPA预测显示，最显著抑制的通路主要是RAR激活和HSP90伴侣蛋白循环（图4B），主要涉及细胞分化、增殖、凋亡及应激反应，而非经典神经发育通路。预测的主要疾病和功能包括机体死亡、细胞稳态和细胞存活等(图4C)，但缺乏明确的神经毒性通路富集。

环境相关浓度暴露引起的转录改变与非致死浓度暴露截然不同，缺乏神经发育特异性通路的富集暗示低剂量神经毒性可能通过非转录调控机制介导，如蛋白翻译后修饰、离子通道功能改变、或表观遗传修饰等。RAR激活抑制可能解释颅面畸形（RAR拮抗剂可致颅面异常），但无法解释凋亡增加（RAR激活抑制通常减少凋亡），提示存在其他未被识别的调控途径。这一发现凸显了低剂量毒性研究的复杂性和挑战性。

5. 非致死浓度TBBPA和TBBPA-BHEE对基因表达谱及生物学功能的影响

图5. 该图显示了非致死浓度TBBPA和TBBPA-BHEE暴露诱导的斑马鱼幼鱼基因表达谱变化（图5A）。IPA分析显示，CREB神经元信号通路、突触长期抑制和突触发生信号通路为最显著抑制的经典通路（图5B），直接关联神经元生长、突触可塑性和运动功能。预测的主要疾病和功能包括身体大小和运动功能障碍等（图5C），与观察到的表型（体长缩短、运动迟缓、轴突损伤）一致。

非致死浓度暴露引起明确的神经发育相关基因表达改变，CREB信号通路抑制可能是核心机制。CREB对神经元生长、突触可塑性和存活至关重要，其抑制不仅解释了突触发生障碍和运动神经元损伤，还可能介导观察到的神经元凋亡。突触发生通路抑制、突触长期抑制和增强障碍共同导致神经环路功能异常，最终表现为运动行为缺陷。这一系统性的分子-表型关联为理解TBBPA和TBBPA-BHEE高浓度神经毒性提供了清晰的机制框架。

6. 非致死浓度TBBPA和TBBPA-BHEE对miRNA表达谱的影响及其与神经毒性的关联

图6. 该图进一步从miRNA表达谱变化，分析miRNA 失调与神经损伤之间的具体相关性。非致死浓度暴露下，13个miRNAs在所有处理组中均显著下调(图6A、6B)，包括let-7i、miR-122、miR-192和miR-212等关键调控因子。相比之下，环境相关浓度组仅检测到极少数差异表达miRNA，且无法鉴定人类同源miRNAs，因此未深入分析。IPA分析显示，四个核心miRNAs（let-7i、miR-122、miR-192、miR-212）的靶基因显著富集于神经递质和神经系统信号通路，包括神经元信号和轴突导向信号等（图6C）。预测的疾病结果包括神经系统疾病、运动障碍等。

miRNA作为转录后调控的关键因子，其表达与靶mRNA呈反向关系，支持TBBPA和TBBPA-BHEE通过干扰miRNA介导的基因调控网络破坏神经发育的假设。整合分析揭示的miRNA-mRNA调控轴为理解分子机制提供了新视角，但需要注意这些相互作用为预测性结果，缺乏功能验证（如荧光素酶报告基因、基因沉默或敲降实验）。未来研究应通过实验手段确认这些miRNAs在神经毒性中的直接调控作用。

总结与展望：

TBBPA及其衍生物在工业应用中的广泛使用导致其在环境介质中持续存在，对水生生态系统和人类健康构成重大风险。本研究发现，即使在环境相关浓度下，TBBPA和TBBPA-BHEE也能诱导斑马鱼胚胎颅面畸形和脑细胞凋亡，凸显其潜在的发育神经毒性。然而，低浓度下缺乏可预测的神经毒理学通路这一现象揭示了环境毒理学研究的复杂性——低浓度效应可能不遵循与高浓度暴露相同的机制。这一矛盾要求我们重新评估当前的风险评估策略，因为这些策略往往依赖高浓度研究来预测低浓度效应。未来研究应聚焦于阐明TBBPA及其衍生物在环境相关浓度下诱导神经毒性的分子机制，特别是通过整合多组学方法。此外，这些发现更广泛的生态学意义值得更深入的研究。例如，我们在斑马鱼胚胎中观察到的神经行为缺陷可能对水生生态系统中的鱼类存活率、摄食行为和捕食者-被捕食者动态产生级联效应。此外，TBBPA及其衍生物通过食物链生物蓄积和生物放大的潜力对包括野生动物和人类在内的更高营养级生物构成重大风险。TBBPA及其衍生物的潜在跨代效应也值得进一步研究，因为早期发育暴露可能对野生动物和人类种群产生长期影响。本研究为理解TBBPA及其衍生物的环境和健康影响提供了关键基础，强调了制定更严格法规和开发更安全替代品以减轻其对生态系统和人类健康影响的必要性。

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通讯作者

张祯，江苏大学环境与安全工程学院教授，博士生导师。长期从事污染物快速分析方法构建及装备应用、环境与健康等。已在Environmental Science &Technology、Analytical Chemistry等环境科学与工程领域的国际权威期刊发表论文100余篇，主持6项国家级与多项省部级项目，作为核心成员，参与国家科技重大专项，并承担若干商业横向合作项目。曾获中国测试协会科技进步一等奖、国家环境保护科学技术二等奖、江苏省科技进步三等奖。为中国毒理学会分析毒理专业委员会委员、中国畜牧兽医学会兽医食品卫生学分会理事、江苏省毒理学会环毒专委会副主任委员、江苏省分析测试协会委员、CAIA智能医学检验委员会委员等。