近日，湖南人文科技學院農業(yè)與生物技術學院研究生陳琳玉（第一作者），白婧副教授（通訊作者）在國際知名學術期刊《Environmental Pollution》，屬于中科院top期刊（中科院二區(qū)，IF 8.9），在線發(fā)表了題為“Endocrine system, cell growth and death, and energy metabolism induced by Sb(III) exposure in earthworm (Pheretima guillemi) revealed by transcriptome and metabolome analysis”的研究論文。

 我國銻儲量和開發(fā)量位居全球之首。然而，銻的開采與冶煉過程中，大量銻元素釋放至土壤和水體，導致嚴重污染。蚯蚓作為重金屬等污染物的敏感指示生物，廣泛應用于生態(tài)毒性測試。銻可引發(fā)蚯蚓回避反應、生長抑制、腸道組織損傷及氧化應激。然而，蚯蚓對銻污染的解毒機制與適應性機制尚不明確。

 團隊通過生化指標、病理切片、代謝組學和轉錄組學分析，探討了不同濃度Sb(III)對蚯蚓的毒性機制。結果表明，隨著暴露濃度的增加，蚯蚓的抗氧化系統(tǒng)、腸道損傷程度及其代謝組學特征均顯著增強。

圖1 銻暴露對蚯蚓腸道組織切片的影響

 組學分析結果顯示，Sb(III)暴露導致蚯蚓體內大量氨基酸如DL-脯氨酸、DL-色氨酸、谷氨酸、甘氨酸等受到干擾。此外，銻影響蚯蚓免疫系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、氨基酸代謝、內分泌系統(tǒng)和碳水化合物代謝相關基因的轉錄模式。胰高血糖素信號通路、壞死和氧化磷酸化是代謝組和轉錄組中共享的重要富集途徑，這也表明蚯蚓的內分泌系統(tǒng)、細胞生長和死亡以及能量代謝受到銻毒性的嚴重影響，最終導致體重和腸道組織的變化。

圖2 銻暴露對蚯蚓的毒性作用示意圖

 進一步整合代謝組學和轉錄組學分析發(fā)現(xiàn)，高濃度銻暴露影響了生物的氧化磷酸化途徑。因此，銻通過改變與ATP合成相關的代謝物和基因，影響蚯蚓生長，這可能是Sb(III)的毒理作用機制之一。本研究揭示了超出常規(guī)毒性終點范圍的反應，有助于深入、全面評估銻的毒性作用。

圖3 不同濃度銻處理下差異基因和代謝物的共同富集通路

  本研究在湘中特色農業(yè)資源開發(fā)利用與質量安全控制湖南省重點實驗室進行，得到國家自然科學基金項目（41907037；32371589）、湖南省教育廳科研基金項目（22A0608）、湖南省自然科學基金項目（2024JJ7244；2023JJ50086；2023JJ50475）的支持。(圖文：白婧;一審：朱雄梅；二審：劉澤發(fā)；三審：向國紅）

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.124357