吳進(jìn)蘭，盧晨瑛，吳明江，佟海濱

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江溫州 325000）

0 引言

近年來(lái)，由于一些工礦企業(yè)排污設(shè)施的不健全、生態(tài)環(huán)境的破壞等原因，致使中國(guó)江、河、湖泊，甚至大海等水體污染日益加深，水中有毒、有害物質(zhì)不斷增多，如：揮發(fā)性有機(jī)化合物、氟喹諾酮類(lèi)藥物、重金屬、農(nóng)藥和微生物毒素等。這些污染物可被植物吸收，并通過(guò)植食性昆蟲(chóng)和它們的捕食者在食物鏈中積累和傳遞，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康造成嚴(yán)重的威脅。目前對(duì)污染物毒性監(jiān)測(cè)主要采用化學(xué)分析方法，雖然簡(jiǎn)單直接，但不能反映污染物對(duì)生物體和生態(tài)環(huán)境的潛在毒害和綜合效應(yīng)。研究表明，模式生物果蠅可用來(lái)檢測(cè)污染物的生態(tài)毒理效應(yīng)，是一種適合于遺傳毒性評(píng)估的模式生物[1]。

黑腹果蠅屬于雙翅目昆蟲(chóng)，體長(zhǎng)約0.3 cm，廣泛分布于除南北極外的溫帶及熱帶氣候區(qū)，目前至少有1000個(gè)以上的果蠅物種被發(fā)現(xiàn)[2]。果蠅具有易于飼養(yǎng)、生命周期短、繁殖能力強(qiáng)、染色體簡(jiǎn)單、突變表型多且易于觀察等諸多優(yōu)點(diǎn)，是科研領(lǐng)域最為經(jīng)典、最為重要的模式生物之一[3]。此外，果蠅中的基因與人類(lèi)高度同源，以果蠅為模型進(jìn)行人類(lèi)疾病等相關(guān)研究不僅成本低，而且不受倫理上的限制[4]。果蠅的研究已有100多年歷史[5]，早在1910年，美國(guó)遺傳學(xué)家Morgan用果蠅作為遺傳研究對(duì)象，獲得了果蠅的第一個(gè)突變體——白眼果蠅[6]。在此基礎(chǔ)上，Morgan提出了一個(gè)革命性的染色體遺傳理論，奠定了經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)，開(kāi)創(chuàng)了利用果蠅作為模式生物研究的先河。

本研究通過(guò)總結(jié)黑腹果蠅應(yīng)用于水環(huán)境揮發(fā)性有機(jī)化合物、喹諾酮類(lèi)藥物、重金屬、農(nóng)藥和微生物毒素等常見(jiàn)污染物的研究，突出水環(huán)境污染物對(duì)水生動(dòng)物和人類(lèi)的危害，以及果蠅用于毒理學(xué)研究的優(yōu)勢(shì)，為今后利用果蠅研究污染物毒理效應(yīng)以及抗毒機(jī)制提供參考。

1 有機(jī)污染物對(duì)果蠅毒性效應(yīng)研究

苯、甲苯和二甲苯是環(huán)境中最常見(jiàn)的揮發(fā)性有機(jī)化合物(Volatile organic compounds,VOCs)，流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，短期接觸VOCs可導(dǎo)致眼睛和呼吸道刺激、頭痛、頭暈、視覺(jué)障礙和記憶力受損，而長(zhǎng)期吸入VOCs則可能損害肝臟、腎臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等[7]。在動(dòng)物和細(xì)胞的研究中發(fā)現(xiàn)，暴露于VOCs環(huán)境下會(huì)誘導(dǎo)活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的過(guò)量產(chǎn)生，如超氧陰離子、羥基自由基、過(guò)氧化氫等，從而導(dǎo)致氧化應(yīng)激的發(fā)生。在雄性小鼠模型中，VOCs可引起小鼠大腦ROS的大量產(chǎn)生，導(dǎo)致行為和學(xué)習(xí)能力降低[8-9]；在大鼠腎小管細(xì)胞中[10]，過(guò)量的ROS產(chǎn)生，會(huì)導(dǎo)致多種過(guò)激的應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生，損傷不同的細(xì)胞成分，如蛋白質(zhì)、基因組和線粒體DNA，以及一些膜系統(tǒng)。此外，一些遺傳毒性應(yīng)激源不僅破壞遺傳穩(wěn)定性，而且直接或間接影響基因表達(dá)[11]。Doganlar等[12]研究發(fā)現(xiàn)，VOCs可導(dǎo)致黑腹果蠅發(fā)生氧化應(yīng)激，DNA突變，蛋白質(zhì)破壞，以及一些與熱休克蛋白(Heat shock proteins,HSPs)和抗氧化系統(tǒng)有關(guān)蛋白如錳超氧化物歧化酶(Mn-superoxide dismutase,Mn-SOD)、過(guò) 氧 化 氫 酶(Catalase,CAT)和谷胱甘肽合成酶(Glutathione synthetase,GS)的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)失調(diào)。并且Mahendra等[13]認(rèn)為Hsp70、Hsp60、Hsp83和Hsp26這些應(yīng)激基因的表達(dá)可以作為檢測(cè)早期細(xì)胞毒性的一種方法。此外，Mahendra還用果蠅模型測(cè)試了這些化合物的遺傳毒性和促凋亡潛能[14]，他們發(fā)現(xiàn)三齡幼蟲(chóng)分別暴露于1～100 mM苯、甲苯或二甲苯中12 h、24 h和48 h，果蠅以濃度和時(shí)間依賴的方式顯著增加了凋亡標(biāo)記物的表達(dá)和遺傳毒性。果蠅生長(zhǎng)繁殖速度快，能夠在較短時(shí)間內(nèi)在多個(gè)后代水平上，檢測(cè)污染物對(duì)其生長(zhǎng)、繁殖、代謝等生理生化特性的影響。而對(duì)哺乳動(dòng)物小鼠模型而言，獲取這些數(shù)據(jù)則需數(shù)月甚至數(shù)年以上的時(shí)間，且在實(shí)驗(yàn)設(shè)備、采樣工具及操作步驟等方面比果蠅更加復(fù)雜、昂貴。因此，果蠅可作為研究苯、甲苯和二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物毒理學(xué)的合適模型，為闡明VOCs污染物的毒性機(jī)制以及遺傳毒性做深入研究。

三氯乙烯(Trichloroethylene,TCE)是地下水中的一種氯化有機(jī)污染物，飲用水受TCE污染可能對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)造成嚴(yán)重的器官損害[15]。TCE在體內(nèi)的代謝主要是通過(guò)兩個(gè)不可逆的途徑。第一個(gè)途徑是細(xì)胞色素P450介導(dǎo)的氧化，主要產(chǎn)生三氯乙酸和二氯乙酸等生物活性代謝物；第二個(gè)途徑是與谷胱甘肽結(jié)合，在谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(Glutathione S-transferase,GST)的催化下，形成S-1,2二氯乙烯基谷胱甘肽，并進(jìn)一步代謝為生物活性突變代謝物S-1,2二氯乙烯基-L-半胱氨酸[16]。Abolaji等[17]選擇TCE對(duì)果蠅氧化應(yīng)激和抗氧化標(biāo)記物進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，TCE能顯著提高果蠅ROS水平，抑制CAT、GST以及乙酰膽堿酯酶(Acetylcholin esterase,ACHE)活性，同時(shí)降低總巰基水平。當(dāng)今，大多數(shù)氯代烴都被國(guó)際癌癥研究中心判定為致癌、致畸、致突變的“三致”物質(zhì)，而果蠅具有染色體簡(jiǎn)單、突變表型多和易于觀察，且無(wú)倫理學(xué)爭(zhēng)議等優(yōu)點(diǎn)，使得果蠅在研究TCE“三致”的毒理學(xué)機(jī)制中發(fā)揮著重要的角色。

2 氟喹諾酮類(lèi)藥物對(duì)果蠅的毒性效應(yīng)研究

氟喹諾酮類(lèi)藥物，如吉米沙星(Gemifloxacin,GE)和環(huán)丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)，是廣泛使用的一類(lèi)抗生素，用于人類(lèi)，牲畜、家禽和魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖，最終可通過(guò)多種途徑排放到環(huán)境中，包括制藥工業(yè)的殘余水、醫(yī)院廢物、污水處理廠以及養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水和糞便廢物的土地都檢測(cè)到它的存在。研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)水生環(huán)境中已經(jīng)大量檢測(cè)到氟喹諾酮類(lèi)抗生素[18]，其中，CIP是廢水處理廠廢水含量最高的藥物，并且已經(jīng)證明CIP可導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)在早期生命階段出現(xiàn)形態(tài)異常[17]。2019年美國(guó)食品和藥物管理局報(bào)道氟喹諾酮會(huì)嚴(yán)重?fù)p害人體細(xì)胞，可能導(dǎo)致多個(gè)器官出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷[20]。Aslan等[21]探討了GE對(duì)黑腹果蠅存活率、發(fā)育及成蟲(chóng)壽命的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，GE對(duì)果蠅幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)的發(fā)育都有不良影響。較低濃度的GE能延長(zhǎng)黑腹果蠅雌雄成蟲(chóng)的壽命，但在最高濃度的GE可降低其壽命。Liu等[22]通過(guò)測(cè)定CIP對(duì)果蠅的不同用藥時(shí)間(48 h、72 h、96 h)的LC50值，證明了CIP可導(dǎo)致果蠅個(gè)體壽命縮短，發(fā)育遲緩，較多幼蟲(chóng)未能化蛹或孵化。Bidell等[23]指出需要進(jìn)行更多的研究，以闡明氟喹諾酮類(lèi)藥物的毒性作用。而果蠅具備成熟的研究技術(shù)，完整的基因組測(cè)序，最重要的是，在基因結(jié)構(gòu)和功能上與包括人類(lèi)在內(nèi)的高等動(dòng)物極為相似，可更好地闡明氟喹諾酮類(lèi)抗生素在生態(tài)和人類(lèi)健康方面所造成的潛在危害提供科學(xué)依據(jù)。

3 重金屬對(duì)果蠅的毒性效應(yīng)研究

重金屬鎘是環(huán)境中一種特別常見(jiàn)和嚴(yán)重的污染物，普遍存在于土壤、空氣和水中。鎘因具有劇毒效應(yīng)和未知的生理作用而特別受關(guān)注[24]。鎘處理果蠅細(xì)胞株誘導(dǎo)熱休克蛋白合成增加，可能與鎘毒性導(dǎo)致DNA損傷和蛋白質(zhì)合成干擾有關(guān)[25]。果蠅細(xì)胞經(jīng)鎘暴露后，可以取代金屬酶中的鋅，并與其他蛋白質(zhì)的自由巰基相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少以及細(xì)胞死亡。Giaginis等[26]討論鎘對(duì)DNA修復(fù)過(guò)程的抑制作用，包括核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)和錯(cuò)配修復(fù)，鎘可以替代DNA修復(fù)著色性干皮癥A組蛋白(Xeroderma pigmentosum group A,XPA)中鋅指結(jié)構(gòu)中的鋅，從而導(dǎo)致變形和失活[27]。Hu等[28]檢測(cè)了鎘對(duì)果蠅的生殖力、GST和ACHE的活性以及防御相關(guān)基因(Hsp70、Gstd2和Gstd6)的表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)鎘顯著延長(zhǎng)了雌性的交配潛伏期，并減少了產(chǎn)卵量，但對(duì)雄性生殖力沒(méi)有影響[29]。鎘通過(guò)直接和間接的毒性作用對(duì)果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育的損傷，導(dǎo)致果蠅的化蛹時(shí)間和羽化時(shí)間延長(zhǎng)，蛹化率和羽化率顯著降低，表明果蠅有潛力成為鎘污染監(jiān)測(cè)的指示生物。

鉛也是一種常見(jiàn)的有毒污染物，可對(duì)人體的健康產(chǎn)生不利影響。鉛進(jìn)入人體會(huì)損傷細(xì)胞器和重要的蛋白質(zhì)[30-31]，包括新陳代謝所需的酶，最終導(dǎo)致人體認(rèn)知受損、免疫力下降和心血管系統(tǒng)缺陷。Nanda等[32]以果蠅為模型發(fā)現(xiàn)進(jìn)食鉛后的果蠅出現(xiàn)蛹化率降低且蛹化時(shí)間延長(zhǎng)，死亡率增加，這可能是因?yàn)殂U誘導(dǎo)果蠅全身DNA損傷。在鉛環(huán)境中生長(zhǎng)的果蠅幼蟲(chóng)體長(zhǎng)較小且有小黑斑，表明攝入鉛后的果蠅血細(xì)胞數(shù)量減少和酚氧化酶(Phenol oxidase,PO)活性降低。在果蠅、斑馬魚(yú)和小鼠等模型生物的研究中，已經(jīng)闡明了鉛暴露導(dǎo)致細(xì)胞蛋白合成過(guò)程中斷的機(jī)制，但鉛的毒性影響也可能是跨代的，因此果蠅在科學(xué)評(píng)估鉛毒性及其長(zhǎng)期危害中具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

甲基汞(MeHg)是由水生沉積物中的厭氧微生物介導(dǎo)汞甲基化而產(chǎn)生的，它可以在水生食物鏈中積累，是一種高毒性環(huán)境污染物，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)危害極大[33]。Le?o等[34]研究發(fā)現(xiàn)，暴露于甲基汞中會(huì)導(dǎo)致果蠅的存活率、發(fā)育率以及運(yùn)動(dòng)能力下降。甲基汞與硒醇基團(tuán)結(jié)合緊密，可用作甲基汞解毒劑[35]，然而研究人員發(fā)現(xiàn)硒化合物二苯二硒并不能阻止甲基汞對(duì)黑腹果蠅的毒性作用，反而導(dǎo)致其對(duì)果蠅的毒性增強(qiáng)。近年來(lái)利用果蠅作為研究影響人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的分子機(jī)制已經(jīng)有了很多的報(bào)道[36-37]。果蠅保留了與人類(lèi)共同的代謝通路，并且有越來(lái)越多的證據(jù)表明果蠅晝夜節(jié)律[38]調(diào)節(jié)機(jī)制和學(xué)習(xí)記憶[39]過(guò)程與人類(lèi)相似。因此，果蠅和哺乳動(dòng)物暴露于甲基汞可能會(huì)導(dǎo)致類(lèi)似的生理變化，這提示果蠅也可作為研究甲基汞神經(jīng)毒性的良好模型。

氯化汞(HgCl2)是一種廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥的重金屬化合物，是一種危害動(dòng)物胃腸、腎臟、肝臟和神經(jīng)元等組織的環(huán)境污染物[40]。其毒性主要?dú)w因于汞結(jié)合并抑制某些抗氧化因子的能力，從而導(dǎo)致有害活性氧的過(guò)量產(chǎn)生。果蠅中腸的結(jié)構(gòu)組織和功能與哺乳動(dòng)物具有相似性，可以作為研究汞中毒對(duì)消化系統(tǒng)的影響[41]。Chen等[42]發(fā)現(xiàn)HgCl2主要積累在果蠅中腸內(nèi)，攝入HgCl2的果蠅中腸內(nèi)ROS局部過(guò)量產(chǎn)生，凋亡的上皮細(xì)胞增多。與中腸相比，對(duì)汞毒性易感的大腦沒(méi)有觀察到明顯的細(xì)胞死亡和活性氧生成，這可能是因?yàn)榇竽X受到其它類(lèi)型的損傷并沒(méi)有被檢測(cè)出來(lái)。利用果蠅探討汞污染對(duì)動(dòng)物以及人類(lèi)的腸道和神經(jīng)的影響，將為系統(tǒng)研究汞對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)的遺傳毒理及生物學(xué)效應(yīng)提供依據(jù)。

銅是所有生物體必需的微量元素，是多種酶結(jié)構(gòu)和催化功能所必需的重要輔助因子。但農(nóng)藥、殺菌劑以及工業(yè)廢物的過(guò)度生產(chǎn)使用，使得二價(jià)銅(Cu2+)成為嚴(yán)重的環(huán)境污染物[43]。在大腦中，Cu2+的毒性可導(dǎo)致海馬和額葉皮層的氧化應(yīng)激、谷氨酸興奮性毒性、凋亡和星形細(xì)胞增多，以及學(xué)習(xí)和記憶受損[44]。飲用水中的低濃度Cu2+可能會(huì)導(dǎo)致哺乳動(dòng)物的神經(jīng)毒性，影響認(rèn)知，并與許多神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)[45]。在生理水平上，果蠅幼蟲(chóng)期暴露在Cu2+環(huán)境中會(huì)降低存活率并延緩發(fā)育，同時(shí)降低成蟲(chóng)體重、生殖力和存活率[46]。Klimaczewski等[47]發(fā)現(xiàn)，Cu2+喂養(yǎng)的果蠅在負(fù)向趨地性能方面有損害，死亡率升高，并且ACHE和GST活性顯著降低，抗氧化酶如Sod、Cat、硫氧還蛋白還原酶(Thioredoxin reductase,Trxr1)和核因子E2相關(guān)因子2(Nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)的mRNA水平顯著升高。由此可知，Cu2+對(duì)果蠅的生長(zhǎng)發(fā)育都存在一定的毒副作用。另外，Zamberlan等[48]研究了Cu2+對(duì)雌雄成蟲(chóng)發(fā)育和學(xué)習(xí)記憶的影響，發(fā)現(xiàn)暴露于Cu2+中，幼蟲(chóng)、蛹和成蟲(chóng)的死亡率增加，成蟲(chóng)的記憶力下降，并且雄性果蠅比雌性果蠅更容易受到Cu2+毒性的影響。近年來(lái)，重金屬等環(huán)境化學(xué)物質(zhì)污染在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注，而銅做為人體必需的微量元素，其污染帶來(lái)的潛在危害往往會(huì)被忽視。重金屬Cu2+進(jìn)入河流、土壤，不能被生物降解從而累積在動(dòng)植物體內(nèi)，最終通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體。因此研究重金屬Cu2+潛在的危害以及深入的毒性機(jī)制至關(guān)重要。果蠅具有獨(dú)特的生理優(yōu)勢(shì)，在研究重金屬Cu2+對(duì)人類(lèi)潛在的危害中將發(fā)揮重要的作用。

4 農(nóng)藥對(duì)果蠅的毒性效應(yīng)研究

阿特拉津(Atrazine,ART)是一種用途廣泛的除草劑，也是一種常見(jiàn)的環(huán)境污染物。動(dòng)物接觸ART可能會(huì)影響發(fā)育、繁殖和能量代謝[49]。在一些體內(nèi)和體外模型中，ART可誘導(dǎo)氧化損傷、細(xì)胞毒性和凋亡，最后導(dǎo)致神經(jīng)、肝和腎損傷[50]。有研究發(fā)現(xiàn)，ART與多種代謝途徑密切相關(guān)，ART暴露(5 mg/kg)可顯著改變小鼠血漿代謝物的分布[51]，而ATR（250 mg/kg和500 mg/kg）暴露14天具有免疫系統(tǒng)毒性，表現(xiàn)為脾臟細(xì)胞數(shù)量、脾臟重量和胸腺重量顯著下降[52]。Fernanda等[53]研究了ART對(duì)黑腹果蠅胚胎和幼蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程中存活率和氧化還原代謝的影響，發(fā)現(xiàn)ART降低了果蠅的蛹化率和羽化率，但沒(méi)有改變果蠅的發(fā)育時(shí)間和性別比，他們還發(fā)現(xiàn)ART可導(dǎo)致果蠅活性氧生成增加、抗氧化能力減弱，從而造成氧化損傷。此外，ART還降低了果蠅抗氧化基因（Keap1、Sod、Sod2、Cat、Irc、Gss、Gclm、Gclc、Trxt、Trxr-1和Trxr-2）的轉(zhuǎn)錄水平。以上研究表明，ART能夠誘導(dǎo)黑腹果蠅在胚胎和幼蟲(chóng)發(fā)育過(guò)程中抗氧化防御相關(guān)的基因表達(dá)譜的改變，導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷。此外，F(xiàn)igueira等[54]對(duì)果蠅胚胎和幼蟲(chóng)發(fā)育期間的行為和多巴胺能神經(jīng)傳遞進(jìn)行了評(píng)估。當(dāng)分別給予10 μM和100 μM ART暴露時(shí)，雌蠅表現(xiàn)出靜止時(shí)間的增加和探索活動(dòng)的減少。多巴脫羧酶和多巴胺受體的基因表達(dá)也僅在ART暴露的雌蠅中增加，但對(duì)雄蠅均無(wú)顯著影響。他們認(rèn)為阿特拉津?qū)Υ菩怨壍男袨樾?yīng)是由于多巴胺系統(tǒng)的紊亂造成的。ART暴露是生殖、代謝和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在風(fēng)險(xiǎn)因素，但其毒性機(jī)理尚未深入闡明。

除草劑-二嗪農(nóng)中有四種最常見(jiàn)的活性成分，即阿特拉津、二溴季銨、氟氮磷對(duì)丁基和麥草畏。二嗪農(nóng)是一種廣泛用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，已在地下水、農(nóng)業(yè)井、飲用水井和監(jiān)測(cè)井中檢測(cè)到。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了兒童尿液中存在二嗪農(nóng)代謝物。除了主要的神經(jīng)毒性，二嗪農(nóng)與氧化應(yīng)激和血管毒性等密切相關(guān)[55]。為了深入了解二嗪農(nóng)氧化應(yīng)激損傷以及行為缺陷，Chaudhuri等[56]利用果蠅模型誘導(dǎo)其氧化應(yīng)激，發(fā)現(xiàn)與未暴露的果蠅相比，二嗪農(nóng)降低了果蠅成蟲(chóng)的負(fù)向趨地性反應(yīng)、跳躍行為和運(yùn)動(dòng)節(jié)律。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，二嗪農(nóng)中的成分是通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合到保護(hù)酶的活性部位，誘導(dǎo)氧化損傷，從而導(dǎo)致果蠅運(yùn)動(dòng)行為缺陷的發(fā)生。除草劑種類(lèi)以及濃度的不同，效果也不同。Aguiar等[57]對(duì)草甘膦或基于草甘膦的除草劑對(duì)果蠅氧化應(yīng)激、抗氧化防御系統(tǒng)以及ACHE活性研究發(fā)現(xiàn)，草甘膦會(huì)導(dǎo)致果蠅體內(nèi)早期抗氧化防御系統(tǒng)的激活，防止ROS對(duì)機(jī)體的損害。噻蟲(chóng)嗪(Thiamethoxam,THIA)是一種用途廣泛的農(nóng)藥，但其對(duì)昆蟲(chóng)生長(zhǎng)發(fā)育的影響尚不清楚。Li等[58]發(fā)現(xiàn)THIA在致死劑量范圍內(nèi)可延長(zhǎng)果蠅生長(zhǎng)發(fā)育所需時(shí)間，降低果蠅的繁殖力、化蛹率、羽化率和壽命。此外，THIA還引發(fā)果蠅DNA損傷，降低脂肪體細(xì)胞和血細(xì)胞的活性。這些研究結(jié)果都為進(jìn)一步研究水中殘留農(nóng)藥的危害提供了依據(jù)。農(nóng)藥帶來(lái)的水體污染已經(jīng)危害到動(dòng)物以及人類(lèi)的健康，迫切需要研究阿特拉津、二嗪農(nóng)和噻蟲(chóng)嗪等常見(jiàn)的污染物的潛在毒性及其機(jī)理。果蠅是評(píng)價(jià)農(nóng)藥生物毒性的一種優(yōu)秀的生物模型，已被用作毒理學(xué)試驗(yàn)的有效工具。

5 微生物毒素對(duì)果蠅的毒性效應(yīng)研究

副溶血性弧菌是一種發(fā)現(xiàn)于受污染海產(chǎn)品中的腸道病原體，通常是在食用受污染的海鮮之后，出現(xiàn)胃腸炎癥狀，包括嘔吐、腹部痙攣和腹瀉[59]。在致病過(guò)程中，副溶血性弧菌分泌的效應(yīng)蛋白抑制宿主的先天免疫信號(hào)通路，從而使細(xì)菌逃避先天免疫系統(tǒng)的識(shí)別[60]。副溶血性弧菌分泌的一種效應(yīng)蛋白(Vibrio parahaemolyticus,VopA)，通過(guò)絲裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPKs)催化結(jié)構(gòu)域中關(guān)鍵殘基的乙?；瑢?duì)MAPKs信號(hào)通路具有抑制作用。果蠅中腸和哺乳動(dòng)物腸道的生理相似性和發(fā)育相似性決定了果蠅是研究人類(lèi)腸道疾病的理想模式生物[61]。利用果蠅模型，Luo等[62]發(fā)現(xiàn)VopA的抑制活性在果蠅中仍然存在，VopA對(duì)粘著斑復(fù)合物(Focal adhesion complex,FAC)有很強(qiáng)的調(diào)節(jié)作用，并能顯著降低粘著斑激酶(Focal adhesion kinase,FAK)Ser910位點(diǎn)磷酸化水平，而FAK的Tyr397和Tyr861兩個(gè)酪氨酸位點(diǎn)磷酸化水平顯著升高。此外，VopA可以破壞果蠅中腸上皮細(xì)胞的排列，擾亂腸道穩(wěn)態(tài)，以促進(jìn)副溶血性弧菌在宿主體內(nèi)感染的機(jī)會(huì)。了解腸道上皮細(xì)胞與致病微生物之間緊密的物理、遺傳和生化的相互作用，一直是腸道種群科研人員的研究目標(biāo)。果蠅中腸的結(jié)構(gòu)以及遺傳學(xué)的保守性，有利于進(jìn)一步闡明人類(lèi)腸道微生物群和疾病發(fā)生發(fā)展之間的相互作用。

6 展望

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，空氣污染、生態(tài)破壞與水體污染情況愈發(fā)嚴(yán)重。水體富營(yíng)養(yǎng)化、海洋污染等問(wèn)題頻發(fā)，水生動(dòng)植物以及人類(lèi)的健康受到了嚴(yán)重的威脅。水體中的重金屬、有機(jī)物、農(nóng)藥等會(huì)擾亂生物體的氧化機(jī)制和神經(jīng)系統(tǒng)，造成嚴(yán)重的損傷，如改變GST和ACHE兩種酶的活性以及防御相關(guān)基因的表達(dá)，生殖能力、行為能力、生存能力和學(xué)習(xí)能力降低等。而目前對(duì)污染物毒性監(jiān)測(cè)主要采用化學(xué)分析方法，比如重金屬可采用試劑比色法、原子熒光法和X射線熒光光譜法等分析方法；根據(jù)不同的農(nóng)藥類(lèi)型選擇氣相色譜法、液相色譜法以及GC-MS-MS等通用型檢測(cè)技術(shù)，但這些化學(xué)方法并不能評(píng)估污染物對(duì)動(dòng)植物以及人類(lèi)的危害。作為一種經(jīng)典的模式生物，有關(guān)果蠅的生物學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)工具已大大超過(guò)了其他的模式生物，利用果蠅模型可快速檢測(cè)及篩選水環(huán)境污染物中的毒性化合物。并且，人類(lèi)與果蠅的遺傳背景高度保守，也使得果蠅成為研究人類(lèi)疾病的最佳模型之一。與其他模型生物相比，果蠅具有壽命短、成本低、遺傳物質(zhì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，利于人們觀察污染物對(duì)果蠅表型的影響并探討其機(jī)理；其生長(zhǎng)周期短和飼養(yǎng)成本低則有利于人們進(jìn)行大批量的毒性研究，也有利于進(jìn)一步深入開(kāi)展抗毒藥物的研發(fā)。此外，果蠅大量的基因工具可用于探討污染物的遺傳毒性和機(jī)制研究。當(dāng)然，以果蠅為模型進(jìn)行毒理研究有一定的局限性，由于果蠅是低等昆蟲(chóng)，與人類(lèi)相比，在很多方面依舊有很大的區(qū)別，但如果能很好的利用其自身優(yōu)勢(shì)，筆者認(rèn)為利用好模式生物果蠅可能會(huì)為水體污染物對(duì)人類(lèi)潛在毒理危害的相關(guān)研究提供新的思路。