微囊藻毒素对鱼类致毒效应的研究进展

王 敏董健京

（1.山西省水产技术推广站，太原030002；2.太原土壤肥料测试中心，太原030001）

随着工业化和农业生产的不断发展和人类生活方式的改变，使自然环境不断恶化，湖泊富营养化日益严重，导致蓝藻水华的频频发生，藻类所引起的水污染问题己成为一个全球关注的环境问题。微囊藻毒素（MC）是一类单环七肽的生物毒素，它主要由淡水藻类铜绿微囊藻产生，由于MC的作用靶器官为肝脏，故又称肝毒素。1878年Francis[1]首次报道家畜因有毒蓝藻水华中毒死亡的事件，随后20世纪60—80年代，世界范围内许多动物如鸟类、鱼类中毒死亡都与有毒蓝藻水华有关。鱼类对水体中的MC有较大的耐受性，毒素可在其体内富集和存留，并达到相当高的浓度。藻毒素可能在这些鱼及其他水生生物体内积累下来，通过食物链危害人类健康，MC是致鱼类死亡的重要毒素，越来越受到人们的重视，笔者综述了MC对鱼类致毒效应。

1 微囊藻毒素对鱼类致毒的病理观察

微囊藻毒素对鱼类引起的病理症状包括肝、肾、鳃、心脏、脑等各种器官的损害。利用不同的染毒方式（主要为灌胃、浸浴或腹腔注射）可引起鱼类肝脏、肾脏、心脏、脾脏或鳃等组织出现不同的组织学改变。

1.1 微囊藻毒素对鱼类肝脏的影响

流行病学及动物实验均已证实，微囊藻毒素具有嗜肝特性，进入机体后聚集在肝脏，在肝细胞的细胞核及线粒体中发挥损伤作用，引起肝脏炎症改变，表现为肝细胞变性、坏死，甚至肝功能衰竭。肝脏光镜病理学检查发现肝小叶结构遭到破坏，有水肿和病灶区充血。坏死区域多围绕在肝小管周围，炎性细胞浸润以巨噬细胞和噬中性粒细胞为主。肝细胞固缩，呈退形性空泡样变，细胞核破裂。胞质呈颗粒状，有大量含有机物残渣的自噬小体。电镜下，细胞内的溶酶体数量较少；糖原丰富，颜色较深，常聚集排列成星状或雪片状;粗面内质肉上附着的核糖体脱离;线粒体分散在胞浆中；靠近细胞膜处有微丝聚集。在实验室中，对鱼类进行腹腔注射或饲喂及灌喂都可使鱼肝脏细胞大量坏死，并引起死亡。肝脏光镜病理检查发现：肝小叶结构遭到破坏，有水肿和病灶区充血，坏死区域多围绕在肝小管周围；肝细胞固缩、呈退形性空泡样变，细胞核破裂，胞质呈颗粒状;炎性细胞浸润以巨噬细胞和噬中性粒细胞为主，病理变化呈时间一剂量依赖性增长[2]。灌胃MC引起鲤肝脏发生病理改变，灌胃1 h后肝脏损伤，主要为肝细胞分离、凋亡细胞死亡、延缓细胞修复。Fischer等研究发现用MC处理过的鲤鱼肝、胰腺与肾脏发生病理学变化，肝细胞的细胞质收缩，细胞之间的联系松散，随着处理时间的延长，部分肝细胞膜受损，肝细胞凋亡［3］。

1.2 微囊藻毒素对鱼类肾脏的影响

研究发现，除肝脏为微囊藻毒素作用的靶器官外，肾脏中也会积累较多的毒素。Kotak等分别用400 μg/kg和1000 μg/kg MC-LR注射染毒的虹鳟鱼，导致了剂量－时间依赖的肝、肾损伤，肝细胞空泡化严重，部分肾小管上皮细胞完全崩解，小管只残留完整的基底膜。在肾小管、肾小球及间质组织中观察到病理改变[4]。Fischer[5]给鲤鱼喂饲相当于400 μg/kg MC-LR的铜绿微囊藻毒素1h后，免疫学方法显示，毒素分布在肾近端小管细胞内，随时间的延长而增加。组织学检查发现，在肾小球近端小管（P1和P2）段有单个上皮细胞空泡形成，细胞凋亡，脱落，肾皮质及髓质连接处出现蛋白质样脱落物。张学振等[2]研究微囊藻毒素对鱼肾脏影响，发现高、低剂量组鲫鱼在注射MC染毒后48 h出现大量血细胞弥漫，出现肾小球的Bowman’s囊腔增大、肾近曲小管的空泡化等特点。

1.3 微囊藻毒素对鱼类其它组织器官的影响

MC还可影响其它的组织器官，实验中发现MC可导致坏死性腹膜炎、血管广泛扩张和血液淤积；腹膜脏层有巨噬细胞渗透，并扩展到胰周脂肪；胰周脂肪有轻微的圆细胞间延长，也会发生坏死；脾血窦先缺血后淤血;脑脊膜和脊周血管充血;脑脊膜严重水肿，偶而可见小脑和大脑视区的神经元坏死[6]。MC还可造成次级鳃小片末梢杵状样变，表皮逐渐增厚;广泛性上皮细胞固缩坏死，并与血管区分离。MC-LR还可导致草鱼心脏中心肌细胞间腔隙增大[7]。

2 微囊藻毒素对鱼类的氧化损伤

微囊藻毒素能引起机体的氧化损伤，表现为活性氧浓度和氧化损伤产物脂质过氧化的显著增加。在正常生理状态下，活性氧的产生和机体抗氧化系统存在精妙的平衡，组织中产生的活性氧被抗氧化系统高效的消除掉。Li等[8]用10 μg/L MC-LR处理离体培养的鲤鱼肝细胞后发现，细胞内的ROS含量明显升高，同时伴随着抗氧化酶CAT、SOD活性明显升高，说明氧化压力和损伤可能是MC致毒的机制之一，并最终导致细胞凋亡或坏死。Xu等[9]研究了草鱼肝脏中GSH的活性，发现通过腹腔注射MC-LR100 μg/kg1h后，肝脏中GSH的水平较对照组降低了。此外，增加体内GSH的含量对肝脏有一定的保护作用。当草鱼腹腔注射MC-LR 900 μg/kg和GSH 8 mg/kg 2 h后，肝脏的超微结构没有变化，而未注射GSH的草鱼的肝脏损伤则很严重。Priet等[10]证实采用蓝藻水华细胞对罗非鱼实施急性攻毒后，机体抗氧化相关指标发生显著变化，并且呈现明显的时间效应。氧化应激状态下相关的抗氧化酶指标升高常被解释为机体对于度过毒物侵染而表现出的一种补偿机制。

3 微囊藻毒素对鱼类致毒的生化效应

某些特征性血清酶的改变是肝损伤的标志物。血清学检查发现，暴露在有毒水华中的鱼类，血清乳酸脱氢酶（LDH）活性增加，总蛋白（TP）明显降低，丙氨酸氨基转移酶（ALT）升高，天冬氨酸氨基转移酶（AST）明显升高。通过背大动脉注射MC-LR到棕鳟和虹鳟后发现血清中的LDH和ALT均显著升高，呈现出与病理变化一致的剂量一时间依赖性增长。除此之外，在注射MC-LR染毒的鳞鱼血液学研究中观察到血球容积和血红蛋白有明显降低，同样的还发现血清中LDH、ALT和AST等相关酶的活性明显升高，显示肝脏受到严重损伤，这一结果与其观察到的肝脏病理变化是相吻合的。

4 微囊藻毒素对鱼类致毒机理

目前对MC作用机制的研究主要集中在肝脏受体、毒素的转运机理、毒素作用的分子机理，尤其是在促肿瘤的分子机制等方面，其中MC的肝脏毒性是研究最为深入的。张学振等[2]研究推测微囊藻毒素对鱼类致毒机制是大量肝细胞坏死而导致的肝功能衰竭。Tencalla和Dietrich[11]用Microcystis aeruginosa冻干粉饲喂虹鳟后，观察到虹鳟肝脏PP1和PP2A的活性很快被完全抑制，喂饲3 h后蛋白磷酸酶的抑制达到最大，但肝细胞的PP1和PP2A被抑制只是暂时的，喂饲12 h后，蛋白磷酸酶的活性逐渐增高，72 h后活性可达对照组的50%，而肝损伤仍在继续发展。由此可见，MC对鱼类的肝毒性机制也可能是通过蛋白磷酸酶的抑制作用[12]。MC的致毒机理主要是通过抑制肝细胞中蛋白磷酸酶的活性，诱发细胞角蛋白高度磷酸化，导致肝细胞微丝分解、破裂和出血。鱼类摄食微囊藻后，藻细胞在胃/肠中溶解，经肠上皮吸收后，由胆汁酸转运系统积聚在肝中，而毒素在肝中与蛋白磷酸酶特异性结合后，破坏了细胞内蛋白磷酸化/去磷酸化的平衡，使激酶失去正常的抑制，导致微丝和中间纤维的过磷酸化，最终造成肝细胞的崩塌和解离。由于蛋白磷酸酶与蛋白激酶共同作用，能决定蛋白质上的磷酸基团数，而这种磷酸化与脱磷酸化过程是生物体内存在的一种普遍的调节方式，几乎涉及所有的生理及病理过程，如糖代谢、光合作用、细胞的生长发育、基因表达、神经递质的合成与释放，甚至癌变等等，所以，MC对鱼体的影响涉及各个方面[13]。

Jos等[14]用拌有微囊藻细胞的商品饲料饲喂罗非鱼，分为磨碎（crushed）和未研磨（non-crushed）两种，21天后发现罗非鱼肝、肾及鳃中的LPO含量增加，抗氧化酶CAT、SOD、GPX和GR活力不同程度的增长。说明氧化压力和损伤可能是MC致毒的机制之一，并最终导致细胞凋亡或坏死。

5 结论与展望

微囊藻毒素对鱼类有致毒效应，并涉及到各个方面，通过病理学研究发现MC不仅损害肝脏，还可导致其他组织（肾脏、心脏、脑、腮等）病变。另外还能引起机体的氧化损伤和血清酶的改变。MC对鱼类的致毒机理有两种可能，一种是抑制蛋白磷酸酶的活性；导致蛋白的过度磷酸化，使细胞内磷酸根聚积，造成了细胞内一系列生理生化反应的紊乱，进而造成细胞的损伤。一种是氧化损伤；破坏膜的结构与功能，导致细胞崩解死亡。随着进一步的深入研究，MC毒理学研究还会有突破性的进展。

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