广州大学闫兵团队揭示氢氧化铜纳米农药通过多种神经递质受体抑制介导斑马鱼神经发育毒性

近日，广州大学闫兵团在环境科学领域权威期刊Environmental Science & Technology在线发表题为“Neurotoxicity of the Cu(OH)2 Nanopesticide through Perturbing Multiple Neurotransmitter Pathways in Developing Zebrafish”的研究论文，研究基于神经递质信号传导，阐释氢氧化铜纳米农药通过多种神经递质受体抑制介导斑马鱼幼鱼神经发育毒性。

在前期的研究工作中，研究人员发现氢氧化铜纳米农药导致斑马鱼幼鱼体内的谷氨酸作为能源物质消耗量非常大（ZebrafishAdvance |广州大学闫兵团队发现氢氧化铜纳米农药诱导斑马鱼发生蛋白质分解和脂肪累积代谢转移等能量应激响应 (qq.com)）。然而，谷氨酸是一种兴奋性神经递质，其代谢产物氨基丁酸是一种抑制性神经递质，因此，作者继续研究了氢氧化铜纳米农药对斑马鱼幼鱼的神经发育毒性。

通过转基因斑马鱼成像显示，氢氧化铜纳米农药导致斑马鱼幼鱼的神经发育延迟和神经活性衰退，铜离子也引起了相似效应，这导致斑马鱼的视觉行为响应受到抑制，发生回避黑暗环境行为。与铜离子不同的是，纳米农药在光照环境下强烈刺激斑马鱼幼鱼运动加剧。

通过对斑马鱼幼鱼体内所有神经递质及其前体和代谢物进行靶向代谢组学分析，作者发现发生显著变化的神经递质体系包括谷氨酸能通路、氨基丁酸能通路、多巴胺能通路和血清素能通路。转录组学所提示的关键信号通路同样包含光传导，神经配体受体相互作用，以及钙离子信号通路等这些神经递质相关的信号通路。神经递质的信号传导主要包括其在突触前膜的合成、转运和代谢，及其在突触后膜的接收这样四个过程。作者进而从转录组学所提供的差异表达基因中挑选出与多巴胺，血清素，谷氨酸和氨基丁酸四种神经递质合成、转运、接收和代谢相关的差异表达基因，在基因和蛋白质水平进行验证，结果显示，纳米农药和铜离子均抑制了斑马鱼仔鱼体内的血清素和多巴胺受体活性，而纳米农药对谷氨酸和氨基丁酸的受体活性还具有额外的抑制作用。因此，多种神经递质受体抑制是氢氧化铜纳米农药引起斑马鱼幼鱼神经发育毒性的重要原因之一。

广州大学大湾区环境研究院副教授王晓红博士为该文通讯作者，广州大学大湾区环境研究院硕士研究生陈思映为第一作者。该课题得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等项目支持，实验结果为典型纳米农药的水环境安全评价提供了基础数据，对于改善农业环境问题和促进可持续农业发展具有重要意义。