Mucosal organs exhibit distinct response signatures to hydrogen sulphide in Atlantic salmon (Salmo salar) 粘膜器官對大西洋鮭 （Salmo salar） 中的硫化氫表現出不同的反應特征

來源：Ecotoxicology and Environmental Safety 281 (2024) 116617

1. 摘要核心內容

論文研究了亞致死濃度硫化氫（H?S）長期暴露（12天）對大西洋鮭魚（Salmo salar）黏膜器官（鰓、皮膚、嗅球）的影響。通過多組學分析（轉錄組、蛋白組、代謝組）和組織學評估，發(fā)現：

鰓和嗅球對H?S更敏感，皮膚響應較弱；

H?S觸發(fā)應激反應基因（如hsp70, hsp90）和炎癥通路（如il1b, il8）；

黏膜屏障結構未顯著受損，但鰓次級鰓片長度和黏液細胞數量變化顯著；

黏液蛋白組和代謝組顯示器官特異性響應（鰓與皮膚響應模式不同）。

2. 研究目的

填補知識空白：探究循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）中常見的亞致死H?S濃度（0.05–0.12 μM）對鮭魚黏膜防御機制的長期影響。

評估健康風險：明確H?S是否損害黏膜屏障功能，為RAS養(yǎng)殖的鮭魚健康管理提供依據。

3. 研究思路

暴露實驗：

分組：對照組（0 μM）、低濃度組（0.05 μM）、高濃度組（0.12 μM）。

暴露時長：12天（模擬RAS中長期暴露場景）。

多維度分析：

分子層面：qPCR檢測黏膜器官中24個基因（解毒、凋亡、免疫等通路）。

蛋白組：皮膚與鰓黏液差異蛋白分析（圖3）。

代謝組：黏液代謝物通路富集分析（圖4）。

組織學：黏膜結構評分、形態(tài)計量（鰓片長度、黏液細胞計數）（圖5）。

空間定位：RNAScope原位雜交硫解毒基因（sqor1, sqor2, suox）（圖6）。

4. 測量數據及其意義

關鍵數據來源與意義

數據類型 主要發(fā)現 圖表來源 研究意義

基因表達 鰓/嗅球中應激基因（hsp70, hsp90）上調；鰓中il8↑、il10↓；嗅球中il1b↑。 圖2A, 2B 揭示H?S誘導器官特異性炎癥和氧化應激，鰓最敏感。

黏液蛋白組 鰓黏液157個、皮膚黏液127個差異蛋白；免疫（TLR通路）和代謝過程顯著富集。 圖3A-C 表明H?S通過調控免疫代謝通路影響?zhàn)つし烙δ堋?

黏液代謝組 鰓vs皮膚：高濃度組25種代謝物差異；氨基酸t(yī)RNA合成通路顯著富集（圖4C-D）。 圖4 反映鰓黏膜代謝重編程（氨基酸合成增強），支持能量需求增加。

組織形態(tài)計量 高濃度組鰓次級鰓片長度↑（146.5 μm vs 對照124.2 μm），黏液細胞數量↓（圖5G-H）。 圖5 提示H?S引起鰓結構適應性變化（擴大氣體交換面積），但黏液分泌減少。

硫解毒基因定位 sqor1與suox在鰓/嗅球上皮共定位（圖6），皮膚中表達較弱（補充文件5）。 圖6 證實黏膜具備H?S解毒能力，但亞致死濃度未顯著激活該通路。

5. 核心結論

器官差異性響應：

鰓和嗅球對H?S敏感（基因/炎癥顯著變化），皮膚響應較弱（圖2）。

嗅球響應呈劑量依賴性，鰓則否（如低濃度組il8↑，高濃度組恢復）。

黏膜防御機制：

硫解毒基因（sqor/suox）在黏膜上皮表達，但亞致死H?S未顯著上調其表達（圖6），提示魚類可耐受該濃度。

黏液代謝組和蛋白組顯示鰓與皮膚響應模式不同（圖3-4），鰓更偏向氨基酸代謝重編程。

實際意義：

0.12 μM H?S雖未致死，但誘發(fā)鰓炎癥和結構變化（圖5），可能增加RAS養(yǎng)殖中疾病風險。

需監(jiān)控RAS中H?S濃度（尤其>0.1 μM），以保障鮭魚健康。

6. Unisense電極數據的核心意義

數據來源與方法

技術：使用丹麥Unisense微電極（amperometric microsensors）實時監(jiān)測H?S濃度（圖1a, d）。

系統(tǒng)：通過反饋控制系統(tǒng)（圖1b-c）精確維持目標濃度（低: 0.05±0.02 μM；高: 0.12±0.09 μM）。

研究意義

精準暴露控制：

實現持續(xù)穩(wěn)定的亞致死濃度暴露（傳統(tǒng)方法難以維持低濃度穩(wěn)定性），確保實驗可靠性。

模擬真實RAS環(huán)境：

所選濃度（0.05–0.12 μM）基于挪威養(yǎng)殖場監(jiān)測數據（Fernandes et al., 2024），直接關聯(lián)產業(yè)痛點。

毒性閾值驗證：

支持鮭魚H?S臨界值（H?Scrit = 1.78 μM）的結論（Bergstedt & Skov, 2023），本研究中亞致死濃度遠低于該閾值，但仍引發(fā)生理響應。

技術優(yōu)勢：

高靈敏度（檢測限0.02 μM）和實時反饋能力，為水產毒理學研究提供可靠工具，尤其適用于低濃度氣體暴露實驗。

總結

該研究通過多組學整合分析，闡明亞致死H?S長期暴露下鮭魚黏膜器官的差異化響應機制，強調鰓的敏感性及代謝重編程。Unisense電極的應用確保了暴露濃度的精確控制，其數據驗證了RAS中低濃度H?S的潛在風險，為養(yǎng)殖管理提供科學依據：需將H?S濃度控制在0.1 μM以下，并優(yōu)先監(jiān)控鰓健康。