用斑馬魚胚胎研究神經毒性早期預警系統

更新時間：2025-04-07

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近年來，釋放到生態系統中的神經活性化合物數量不斷增加，人們對評估相關潛在生態和人類健康風險的興趣日益濃厚。事實上，許多化學污染物通常會對多種生物產生神經毒性。據估計，所有商業使用的化學品中，多達30%可能具有神經毒性潛力。此外，環境中的化學物質可能以低濃度存在，超出儀器檢測限，也可能形成具有未知影響的混合物。

為了研究具有神經毒性潛力的化學污染物對生態和人類健康的影響，通過動物的早期生命階段進行探究是一種強有力的途徑。在這個方式中，魚類已被證明是非常有益的。斑馬魚胚胎表現出的自發性卷尾是神經毒性評估的另一個重要方式。在本研究中，研究者們評估了基于自發尾部運動的卷尾活性測試（CAT）的能力和可靠性，將卷尾活性測試應用于斑馬魚胚胎，檢測不同環境水樣中的潛在神經毒性作用。

斑馬魚胚胎作為研究模型

斑馬魚幼魚和胚胎是研究生態毒性的模型。該模型在實驗室中使用簡單，可擴展性強。評估斑馬魚胚胎的尾部運動（卷尾）是一種篩查毒素引起的發育神經毒性的技術。斑馬魚胚胎的這些自發尾部運動是生態神經毒理學研究的有效讀數，因為它可以快速篩查環境中是否存在有害的神經毒性化學物質。

Lacchetti等人評估了卷尾活性測試(CAT)的效率和可靠性。主要監測自發尾部運動，因為這可以識別水中潛在的神經毒性作用。研究者通過將這種方法與魚胚胎急性毒性測試(FET)進行了比較，后者是一種更常用于確定水環境中急性毒害魚類的化學物質濃度的方法。通常，斑馬魚胚胎用該方法確定在暴露于化學物質96小時后50%的胚胎死亡（即致命）的濃度。

卷曲活動測試的好處是什么

與魚胚胎急性毒性測試(FET)相比，使用卷尾活性測試(CAT)的好處在于篩查速度非常快（可在24小時內完成），但更重要的是，CAT并不關注致死率本身，而是關注行為改變。因此，這強調了可能的神經活性或神經毒性作用，這些作用可能產生終身和相當大的生態后果。

材料與方法

卷尾活性測試(CAT)操作方案分為三個步驟：

胚胎選擇和設置培養板
記錄和視頻捕捉
視頻分析

將CAT與FET一起應用于不同的環境河流樣本（R1、R2、R3）和三種濃度逐漸降低的化合物（C1、C2、C3），以測試該方法的可行性。測試了三種不同濃度的水生環境：標準淡水（陰性對照）、1%乙醇和5%乙醇分別作為過度活躍和低活躍的參考。乙醇在低于2%的劑量下產生過度活躍，在高于4%的濃度下產生低活躍。

胚胎在96孔板中，于黑暗下在26°C孵化約22小時，使胚胎進入23 hpf階段，胚胎尾部的自發活動在23 hpf左右發生的頻率最高。錄制視頻然后使用諾達思的斑馬魚微視行為分析系統（DanioScope）記錄和分析了胚胎的視頻。其中，爆發活性（Burst activity）、平均爆發持續時間（mean burst duration）和爆發次數/分鐘（burst count/minute）是DanioScope評估的三個關鍵測量指標，用于表征卷尾活性運動。

結果

表1顯示了兩種方法的主要對比結果。在FET中未顯示急性毒性（值≤10% 表示無毒性），而使用CAT對相同樣品進行檢測時檢測到了神經毒性減退物質（百分比值> 0）。同時可以看出，FET和CAT很好地跟蹤了化合物濃度的下降，CAT也能突出物質的過度神經毒性（值<0），CAT測試在更短的時間內被證明更敏感。

與FET測試相比，CAT版本具有一些優勢，如表2所示。

總的來說，通過測試Lacchetti等人證明了本研究中使用的卷尾活性測試(CAT是一種檢測潛在神經毒性的有效且快速的預警系統。

參考文獻

Lacchetti, I, Christiano W., di Domenico K., Carere, M., Mancini, L. (2022). Coiling tail activity in zebrafish embryo: a protocol for an early warning system of neurotoxic substances. Fresenius Environ. Bulletin 31(08A/2022):8427-8434

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