楊莉，王力軍，金映虹，侯宇，張春暖，張紀(jì)亮,,*

1. 河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，洛陽(yáng) 471000 2. 海南師范大學(xué)熱帶島嶼生態(tài)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?571158

魚(yú)類是水生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分。水環(huán)境污染對(duì)魚(yú)類生長(zhǎng)、發(fā)育以及繁殖產(chǎn)生的不利影響，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。最近，污染物對(duì)魚(yú)類體色的影響也開(kāi)始引起關(guān)注。魚(yú)類體色具有多種功能，如偽裝、威懾、物種識(shí)別、溫度調(diào)節(jié)和求偶等，對(duì)其生存與成功繁殖至關(guān)重要[1]。在所有脊椎動(dòng)物中，魚(yú)類體色調(diào)控最為復(fù)雜，涉及的體色相關(guān)基因也最為豐富[2]。目前，魚(yú)類中至少發(fā)現(xiàn)了6種不同的色素細(xì)胞，包括黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞、虹彩細(xì)胞、藍(lán)色素細(xì)胞和白色素細(xì)胞。加上魚(yú)類體色還對(duì)污染物非常敏感，使其成為了一種具有巨大應(yīng)用前景的污染監(jiān)測(cè)生物指示物[3-5]。因此，污染物干擾魚(yú)類體色的相關(guān)研究是一個(gè)值得挖掘的新方向。

目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種污染物能夠干擾魚(yú)類的體色(表1)。內(nèi)分泌干擾物(雌激素、有機(jī)錫和雙酚A)和對(duì)辛基苯酚均能夠引起魚(yú)類顏色強(qiáng)度的改變[6-12]。某些農(nóng)藥，如殺蟲(chóng)劑二氯二苯三氯乙烷(dichlorodiphenyltrichloroethane, DDT)、殺蟲(chóng)劑甲基對(duì)硫磷、除草劑阿特拉津和久效磷等，都在不同程度上影響魚(yú)類體色。研究發(fā)現(xiàn)，DDT和阿特拉津能夠減少孔雀魚(yú)(Poeciliareticulata)體表橙色斑點(diǎn)的面積，降低體色的亮度；甲基對(duì)硫磷能夠降低阿馬里洛魚(yú)(Girardinichthysmultiradiatus)鰭和體表顏色強(qiáng)度[13-15]。久效磷對(duì)孔雀魚(yú)不同色素細(xì)胞均產(chǎn)生干擾作用，表現(xiàn)為色素顆粒顯著減少、分散與溶解，黑色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞退化、數(shù)量減少，虹彩細(xì)胞胞膜溶解以及反射小板減少、板層變薄且間隙變得不規(guī)則甚至閉合[16]。高濃度氯氰菊酯長(zhǎng)期暴露會(huì)增加鯉魚(yú)(Cyprinuscarpio)的色素沉著[17]。硝酸鹽能夠?qū)︳~(yú)類皮膚造成嚴(yán)重的組織學(xué)損傷，表皮和真皮會(huì)出現(xiàn)不同程度的壞死脫落，且伴隨黑色素細(xì)胞和粘液細(xì)胞的分散和減少[18]。硫酸鋅暴露導(dǎo)致印度囊鰓鯰(Heteropneustesfossilis)身體出現(xiàn)明顯的色素沉著障礙，并伴隨粘液分泌增多[19]。金屬化合物三氧化二砷會(huì)引起斑馬魚(yú)(Daniorerio)皮膚粘液滲出、身體褪色[20]。虹鱒(Salmogairdneri)長(zhǎng)期暴露于防污劑美托咪啶，顏色變淺，色素細(xì)胞發(fā)生聚集反應(yīng)[21]；在酸暴露下，虹鱒體色減褪[22]。Kaur和Dua[23]將淡水魚(yú)翠鱧(Channapunctatus)暴露于廢水中，發(fā)現(xiàn)鱗片破損、松動(dòng)、脫落和鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)紊亂，色素細(xì)胞出現(xiàn)異常分散現(xiàn)象，色素顆粒明顯減少和分散。在暹羅斗魚(yú)(Bettasplendens)色素細(xì)胞的研究中，發(fā)現(xiàn)甲基汞、亞砷酸鹽、威百畝(甲基二硫代氨基甲酸鈉)和百草枯能夠引起色素細(xì)胞聚集；殺蟲(chóng)脒和磷酸鹽導(dǎo)致不同程度的色素細(xì)胞分散[24]。

表1 污染物對(duì)魚(yú)類體色的影響Table 1 The effects of pollutants on body coloration in fish

盡管大量研究已經(jīng)證實(shí)污染物能夠干擾魚(yú)類體色，但對(duì)其潛在生理與分子機(jī)制的研究卻較少。研究表明，有些污染物(雙酚A、雌二醇和類黃酮等)可以調(diào)節(jié)核受體的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)而可能影響色素細(xì)胞分化和發(fā)育等過(guò)程[25-26]。另外，化學(xué)物質(zhì)(重金屬、芳香烴等)還可以與色素細(xì)胞的復(fù)雜分子機(jī)制相互作用。因此，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，色素細(xì)胞被用作細(xì)胞傳感器[24]。魚(yú)類皮膚色素的合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)和色素細(xì)胞活動(dòng)等過(guò)程都可能存在污染物的作用靶點(diǎn)。鑒于魚(yú)類體色形成的分子機(jī)制較復(fù)雜，因此，對(duì)魚(yú)類體色形成的分子基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)，不僅有助于探究污染物干擾體色的可能靶點(diǎn)和毒理學(xué)機(jī)制，而且將促進(jìn)體色相關(guān)生物標(biāo)志物的開(kāi)發(fā)及其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

1 魚(yú)類皮膚中主要色素的合成、代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)(The synthesis, metabolism and transport of main pigments in fish skin)

魚(yú)類擁有多種色素，儲(chǔ)存在特定的色素細(xì)胞中，是體色呈現(xiàn)多樣性的重要組織學(xué)基礎(chǔ)。目前，研究較多的色素細(xì)胞主要為黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞、紅色素細(xì)胞和虹彩細(xì)胞[2]。黑色素儲(chǔ)存于黑色素細(xì)胞；呈現(xiàn)紅色/橙色的類胡蘿卜素和呈現(xiàn)黃色的蝶啶儲(chǔ)存于黃色素細(xì)胞和紅色素細(xì)胞；虹彩細(xì)胞不含色素，通過(guò)透明嘌呤晶體反射小板形成衍射光柵，呈現(xiàn)不同光澤。

1.1 黑色素

黑色素對(duì)魚(yú)類體色表型產(chǎn)生重要影響，黑色素的生成被破壞會(huì)導(dǎo)致色素沉著度降低，甚至?xí)鸢谆27]。酪氨酸酶(tyrosinase, Tyr)是黑色素(魚(yú)類僅有真黑色素)合成的關(guān)鍵限速酶，酪氨酸在Tyr催化下，經(jīng)由多巴(dihydroxyphenylalanine, Dopa)、多巴醌和吲哚醌等形式，合成真黑色素；該過(guò)程需要Tyr、多巴色素異構(gòu)酶(dopachrome tautomerase, Dct)、酪氨酸酶相關(guān)蛋白1(tyrosinase related protein 1, Tyrp1)等酪氨酸酶家族成員以及銀蛋白(Silv，也稱Pmel17)的參與。另外，3種黑素體轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Oca2、Aim1和Slc24a5)對(duì)黑色素的合成也至關(guān)重要[28]，如圖1(a)所示。

1.2 類胡蘿卜素

與其他色素不同，類胡蘿卜素不能在脊椎動(dòng)物體內(nèi)合成，使其成為體內(nèi)有限的資源[29]。脊椎動(dòng)物主要通過(guò)食物攝取類胡蘿卜素，轉(zhuǎn)運(yùn)至體表色素細(xì)胞。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)基因參與類胡蘿卜素的攝取(Sr-bi、Cd36)、結(jié)合與沉積(Star1、Mln64、Star4、Star5、Apod、Plin、Gsta2)以及降解(Bco2、Bcmo1)[30]，如圖1(b)所示。

1.3 蝶啶

蝶啶不僅與黃色體色有關(guān)，其合成中間產(chǎn)物四氫生物蝶呤還可作為酪氨酸合成的輔助因子調(diào)控黑色素合成[31]。蝶啶合成包括3個(gè)分途徑：鳥(niǎo)嘌呤(guanosine triphosphate, GTP)環(huán)化水解酶I(GTP cyclohydrolase 1, Gch1)、6-丙酮酰四氫喋呤合成酶(6-pyruvoyltetrahydropterin synthase, Pts)和墨蝶呤還原酶(sepiapterin reductase, Spr)以GTP為底物，從頭合成四氫生物蝶呤；四氫生物蝶呤的再生，涉及蝶呤-4-氨基甲酰胺脫水酶(pterin-4-alpha-carbinolamine dehydratase, Pcbd)和二氫蝶啶還原酶(dihydropteridine reductase, Dhpr)；墨喋呤及衍生物的合成，主要涉及Spr和黃嘌呤氧化酶/黃嘌呤脫氫酶(xanthine oxidase, Xod/xanthine dehydrogenase, Xdh)[31]，如圖1(c)所示。另外，Gch1還參與黑色素細(xì)胞和黃色素細(xì)胞分化；Pcbd復(fù)合物的轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)是酪氨酸酶啟動(dòng)子，影響黑色素細(xì)胞分化[31-32]。

1.4 晶體反射小板(GTP與水結(jié)晶形成)

GTP除了作為蝶啶合成中的重要底物外，還是虹彩細(xì)胞晶體反射小板的主要組成成分，而Xod/Xdh也是嘌呤分解代謝的關(guān)鍵限速酶[33]，如圖1(d)所示。虹彩細(xì)胞通過(guò)嘌呤核苷磷酸化酶(purine nucleoside phosphorylase 4a, Pnp4a)把鳥(niǎo)嘌呤核苷轉(zhuǎn)化為GTP，Slc23l參與GTP的運(yùn)輸[34-35]。另外，嘌呤合成酶(Gart、Paics、Ppat、Pfas、Atic和Adsl等)[35-36]以及嘌呤代謝相關(guān)基因(Ada2、Prtfdc1和Slc2a9)[37]均可能影響GTP的水平。

圖1 魚(yú)類色素細(xì)胞色素或呈色物質(zhì)合成與代謝過(guò)程Fig. 1 The synthesis and metabolism of pigments or colored substances in fish

2 魚(yú)類色素細(xì)胞的發(fā)育與遷移(The development and migration of fish chromatophores)

除視網(wǎng)膜上皮，色素細(xì)胞均源于與外周神經(jīng)系統(tǒng)背根神經(jīng)節(jié)相關(guān)的神經(jīng)嵴細(xì)胞[38]。色素細(xì)胞模式形成包括細(xì)胞模式的發(fā)育(如增殖、分化、遷移以及死亡)以及色素的合成與表達(dá)[39]。深刻認(rèn)識(shí)色素細(xì)胞模式形成有關(guān)基因，對(duì)研究魚(yú)類體色形成的分子機(jī)制，特別是體表斑紋圖案形成，具有重要意義[40-42]。神經(jīng)嵴細(xì)胞向色素細(xì)胞的分化由一系列細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外信號(hào)分子共同調(diào)控[43]。

目前，魚(yú)類色素細(xì)胞遷移與分化的研究主要以斑馬魚(yú)為研究對(duì)象。斑馬魚(yú)神經(jīng)嵴細(xì)胞依靠Erbb3b增殖，有一部分胚后祖細(xì)胞衍生物在Tuba813a作用下遷移到皮下組織，產(chǎn)生成魚(yú)模式的色素細(xì)胞(圖2)。該祖細(xì)胞具有分化為3種色素細(xì)胞的潛能，且大部分色素細(xì)胞都來(lái)源于胚后祖細(xì)胞；集落刺激因子1受體a (colony stimulating factor 1 receptor a, Csf1ra)決定黃色素細(xì)胞的命運(yùn)；小眼畸形相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子a (microphthalmia-associated transcription factor a, Mitfa)決定黑色素細(xì)胞的命運(yùn)，干細(xì)胞因子受體a (stem cell factor receptor a, Kita)促進(jìn)成魚(yú)黑色素細(xì)胞前體的分化、存活；白細(xì)胞受體酪氨酸激酶(leukocyte receptor tyrosine kinase, Ltk)促進(jìn)虹彩細(xì)胞的分化和存活[44]。此外，部分色素細(xì)胞直接來(lái)源于遷移的神經(jīng)嵴細(xì)胞，如胚胎或者早期幼魚(yú)黑色素細(xì)胞會(huì)持續(xù)到成魚(yú)階段，且顏色與新分化的黑色素細(xì)胞相比偏棕色；幼魚(yú)黃色素細(xì)胞命運(yùn)的決定依靠Csf1r，同時(shí)Pax7促進(jìn)黃色素細(xì)胞的發(fā)育，前期會(huì)失去色素，進(jìn)入隱蔽期，而在成魚(yú)期，依靠Csf1ra重新獲得色素(圖2)。色素細(xì)胞沿著背根神經(jīng)節(jié)、橫隔膜、縱隔膜遷移到真皮，并按照一定的順序排列[44-45]。另外，Pcdh10、Igsf11和Erbb等能促進(jìn)色素細(xì)胞或前體細(xì)胞的遷移[46-48]。色素細(xì)胞前體和色素細(xì)胞會(huì)因各種因子(Bcl、Gu和Ednrb等)而增殖，并可能依賴這些因子而存活[48]。隨著分子生物學(xué)技術(shù)以及組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)篩選出大量與色素細(xì)胞發(fā)育與遷移相關(guān)的基因(表2)，有待于進(jìn)一步的研究。

表2 色素細(xì)胞發(fā)育和遷移相關(guān)基因Table 2 The genes related to the development and migration of chromatophores

圖2 斑馬魚(yú)色素細(xì)胞的遷移與分化(仿Patterson和Parichy[44])Fig. 2 The migration and differentiation of chromatophores in zebrafish (Imitating Patterson and Parichy[44])

3 魚(yú)類體色調(diào)控機(jī)制(The regulatory mechanisms of body coloration in fish)

3.1 神經(jīng)調(diào)控-黑素皮質(zhì)素系統(tǒng)

魚(yú)類可通過(guò)生理體色變化和形態(tài)體色變化2種方式對(duì)體色進(jìn)行調(diào)控。生理體色變化基于色素體在色素細(xì)胞內(nèi)的聚集或分散，一般由短期的環(huán)境因素刺激(包括光照、溫度等)引起，通過(guò)交感神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)共同調(diào)控[56]。已經(jīng)證實(shí)，在光照刺激下，去甲腎上腺素和黑色素聚集素(melanin-concentrating hormone, Mch)可誘導(dǎo)色素體聚集[57-59]。Mch不僅聚集色素體，而且抑制α-促黑細(xì)胞刺激素(α-melanocyte stimulating hormone,α-Msh)的分散活性，甚至抑制α-Msh的釋放，阻止黑色素體的分散。形態(tài)體色變化是由色素和色素細(xì)胞的組成、數(shù)量和形態(tài)等共同決定的，由長(zhǎng)期刺激誘導(dǎo)，如長(zhǎng)期的光照等[33]。研究表明，魚(yú)類在長(zhǎng)期適應(yīng)淺色或深色背景的過(guò)程中，機(jī)體可以通過(guò)減少或增加色素細(xì)胞的數(shù)量等改變體色[60-61]。在長(zhǎng)期刺激過(guò)程中，黑色素細(xì)胞對(duì)Mch的敏感性降低；α-Msh的調(diào)節(jié)作用似乎占主導(dǎo)地位，α-Msh不僅參與黑色素體的擴(kuò)散，而且參與黑色素細(xì)胞的發(fā)育[59]。

魚(yú)類黑素皮質(zhì)素系統(tǒng)不僅調(diào)控色素的分散或聚集；還通過(guò)調(diào)控色素合成，參與形態(tài)學(xué)體色變化[2](圖3)。黑素皮質(zhì)素1受體(melanocortin 1 receptor, Mc1r)以及其激動(dòng)劑α-Msh和內(nèi)源拮抗劑刺鼠信號(hào)蛋白(agouti signaling protein, Asip)是體色調(diào)控的主要因子[62]。α-Msh在垂體中合成，通過(guò)與皮膚黑色素細(xì)胞、黃色素細(xì)胞以及虹彩細(xì)胞等色素細(xì)胞膜上Mc1r結(jié)合而激活色素細(xì)胞擴(kuò)散以及色素的合成[63]；而Asip則主要參與背腹體色模式的調(diào)控[64]。在黑色素細(xì)胞中，激活的Mc1r不僅可以通過(guò)環(huán)磷酸腺苷(cAMP)通路介導(dǎo)色素的擴(kuò)散，而且可以影響黑色素合成相關(guān)基因(Tyr、Tyrp1)的表達(dá)，產(chǎn)生更多的黑色素。黃色素細(xì)胞中色素?cái)U(kuò)散和黑色素相似。在虹彩細(xì)胞中，目前確定了cAMP對(duì)色素分散的促進(jìn)作用[63]。

圖3 魚(yú)類黑素皮質(zhì)素系統(tǒng)對(duì)體色的調(diào)控機(jī)制注：↑代表誘導(dǎo)或刺激；┬代表抑制；虛線代表未確定。Fig. 3 The regulation mechanism of melanocortin system on body coloration in fishNote: ↑ stands for inducing or stimulating; ┬ stands for inhibition; the dotted line represents uncertainty.

3.2 “類胡蘿卜素權(quán)衡”假說(shuō)

除在體色中具有重要作用外，類胡蘿卜素在抗氧化系統(tǒng)中也起重要作用[65]。然而，類胡蘿卜素不能在脊椎動(dòng)物體內(nèi)合成，只能通過(guò)攝食獲得，使其在體內(nèi)成為一種有限的資源。研究發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素優(yōu)先參與抗氧化作用中，只有多余的類胡蘿卜素才用于裝飾體色[66]。因此，在脊椎動(dòng)物機(jī)體內(nèi)，存在通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)類胡蘿卜素來(lái)實(shí)現(xiàn)抗氧化系統(tǒng)和裝飾體色之間的分配權(quán)衡[65]。“類胡蘿卜素權(quán)衡”假說(shuō)得到了2類實(shí)驗(yàn)的支持：一類是，類胡蘿卜素補(bǔ)充劑能增加著色、免疫以及抗氧化能力；另一類是，通過(guò)脅迫誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，導(dǎo)致類胡蘿卜素的重新分配和減少類胡蘿卜素色素的著色。

3.3 光傳導(dǎo)和視覺(jué)系統(tǒng)

在視網(wǎng)膜光傳導(dǎo)中，視蛋白作為光感受器發(fā)揮重要作用，是光傳導(dǎo)的基礎(chǔ)。視蛋白的激活分別導(dǎo)致下游轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白(G-protein transducin)和磷酸二酯酶(phosphodiesterase)的活化，隨后伴隨著胞質(zhì)信使環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cGMP)的減少和感光細(xì)胞的激活，從而對(duì)光刺激作出反應(yīng)，如視網(wǎng)膜接受光刺激后調(diào)節(jié)α-Msh的分泌[67]。此外，除視網(wǎng)膜外，某些脊椎動(dòng)物皮膚可以直接轉(zhuǎn)換光信號(hào)，作為體色變化反應(yīng)的一部分[68-71]。目前，在多種體色改變的魚(yú)類皮膚中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了視蛋白轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物[72-73]。研究表明，魚(yú)類的體表色素細(xì)胞可以感光，這也提示皮膚光感受器在體色變化的調(diào)控中具有一定的作用[70]。目前，研究認(rèn)為維生素A衍生的發(fā)色團(tuán)與視蛋白結(jié)合，可能是魚(yú)類皮膚光傳導(dǎo)的基礎(chǔ)[67]。

視覺(jué)缺陷會(huì)干擾黑色素細(xì)胞分化所需的內(nèi)分泌信號(hào)通路[2]。營(yíng)養(yǎng)不足和環(huán)境刺激都會(huì)導(dǎo)致眼睛視網(wǎng)膜缺陷。如，飼料中脂肪酸二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸和維生素A的比例不足會(huì)干擾魚(yú)類視網(wǎng)膜中視紫紅質(zhì)的合成[74-75]，這種缺陷能夠影響從視網(wǎng)膜到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，而這種信號(hào)是誘導(dǎo)垂體產(chǎn)生Msh所必需的[76]。另外，視覺(jué)缺陷的魚(yú)類無(wú)法適應(yīng)背景。在背景適應(yīng)過(guò)程中，魚(yú)類根據(jù)環(huán)境光線水平調(diào)整皮膚中色素的分布，而視網(wǎng)膜到下丘腦的直接投射是魚(yú)類背景適應(yīng)中信號(hào)輸入的基礎(chǔ)[77]。所以，視覺(jué)系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)之間的聯(lián)系是魚(yú)類體色變化調(diào)控的重要機(jī)制之一(圖4)。

圖4 視覺(jué)缺陷誘導(dǎo)魚(yú)類體色異常機(jī)制圖Fig. 4 Schematic of the malpigmentation based on visual defects

魚(yú)類體色調(diào)控機(jī)制是維持魚(yú)類正常體色的前提，同時(shí)也是研究污染物對(duì)魚(yú)類體色毒理學(xué)機(jī)制的重要切入點(diǎn)。已經(jīng)有研究表明，有機(jī)污染物(多氯聯(lián)苯、全氟烷氧烷和雙酚A等)能影響機(jī)體神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)、氧化應(yīng)激和視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，這些變化均可能會(huì)干擾體色的調(diào)控[78]。相關(guān)研究亟待進(jìn)一步的開(kāi)展與完善。

4 污染物干擾魚(yú)類體色的機(jī)制研究(Research on the mechanisms of pollutants interfering with fish body coloration)

根據(jù)目前的研究，污染物干擾魚(yú)類體色的機(jī)制主要包括干擾神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)、影響色素合成或代謝、誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、影響視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)與功能以及干擾色素細(xì)胞的分化、遷移與發(fā)育等。

環(huán)境內(nèi)分泌干擾物可能主要通過(guò)干擾性激素水平影響體色，如17β-雌二醇(17β-estradiol, E2)、17α-乙炔基雌二醇(17α-ethinylestradiol, EE2)均能抑制孔雀魚(yú)與斑馬魚(yú)第二性特征，即交配體色，且這種影響似乎是不可逆的[6-8,79]。另外，金屬離子鎘污染也能夠誘導(dǎo)睪酮水平增加，增強(qiáng)體色，促進(jìn)魚(yú)類的成功繁殖[80-81]。DDT同系物對(duì)非洲蟾蜍(Xenopustropicalis)和蘆葦蛙(Hyperoliusargus)內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致個(gè)體皮膚顏色的變化[82]。砷暴露會(huì)干擾魚(yú)類神經(jīng)系統(tǒng)的分泌活動(dòng)，影響色素細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和數(shù)量[83]。

污染物能夠干擾脊椎動(dòng)物色素的合成或代謝。目前，在這方面的研究主要集中在黑色素和類胡蘿卜素。污染物能夠直接影響黑色素合成途徑，既可以促進(jìn)黑色素的合成[84-85]，也可以抑制黑色素的合成[86]。甲基汞能夠通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性阻止銅輔助因子的結(jié)合來(lái)抑制酪氨酸酶的活性，從而導(dǎo)致黑色素的合成減少[87]。除草劑誘導(dǎo)機(jī)體內(nèi)谷胱甘肽減少，而循環(huán)中的谷胱甘肽能夠抑制真黑色素的合成[4]。酸脅迫下，虹鱒體色較淺甚至變白、透明，主要通過(guò)抑制多巴色素氧化脫羧作用，抑制5,6-二羥基吲哚的合成，從而合成更少的黑色素，同時(shí)還能夠誘導(dǎo)黑色素合成相關(guān)酶的失活[22]。金屬污染(鉛和鎘等)能夠促進(jìn)黑色素和類胡蘿卜素體色相關(guān)基因的表達(dá)[81,88]?；陬惡}卜素的體色不僅受重金屬的影響，而且受有機(jī)污染物的影響。有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑甲基對(duì)硫磷可以影響類胡蘿卜素的沉積，對(duì)胚胎期的阿馬里洛魚(yú)產(chǎn)生長(zhǎng)期影響，甚至持續(xù)到成魚(yú)期[14]。

在我們的研究中，環(huán)境水平的三苯基錫(triphenyltin, TPT)抑制雄性孔雀魚(yú)的交配體色，并因此降低雄性求偶過(guò)程中的性吸引力[10]。一般認(rèn)為睪酮水平的增加與雄魚(yú)交配體色的形成有關(guān)。有意思的是，TPT暴露后，雖然睪酮水平增加，雄性孔雀魚(yú)的體色卻表現(xiàn)出褪色，這提示TPT對(duì)體色的影響可能涉及其他機(jī)制。我們還發(fā)現(xiàn)TPT誘導(dǎo)了雄性孔雀魚(yú)產(chǎn)生氧化應(yīng)激。根據(jù)“類胡蘿卜素權(quán)衡”假說(shuō)，可以推斷，相對(duì)于裝飾體色，TPT暴露的雄性孔雀魚(yú)可能優(yōu)先考慮氧化應(yīng)激補(bǔ)償，進(jìn)而導(dǎo)致皮膚中類胡蘿卜素含量的降低，體色減褪(圖5)。

圖5 三苯基錫(TPT)干擾魚(yú)類體色的“類胡蘿卜素權(quán)衡”機(jī)制(仿Zhang等[10])Fig. 5 Fish exposed to triphenyltin (TPT) change their body coloration through the “carotenoid trade-off” hypothesis (Imitating Zhang et al[10])

另外，研究表明，TPT和雙酚S能夠破壞魚(yú)類視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，可能影響視網(wǎng)膜的光傳導(dǎo)，進(jìn)而導(dǎo)致體色改變[11,89]。在胚胎發(fā)育期，TPT能夠引起非洲爪蟾胚胎黑色素的部分或完全喪失，降低黑色素細(xì)胞的正常樹(shù)突延伸，并破壞黑色素細(xì)胞的正常遷移[90]；TPT能夠干擾斑馬魚(yú)幼魚(yú)黑色素分布，正常幼魚(yú)黑色素聚集成點(diǎn)狀斑，覆蓋背部小面積區(qū)域，而TPT暴露的幼魚(yú)黑色素則廣泛分布于背部[11]。

5 小結(jié)與展望(Summary and prospects)

污染物可通過(guò)影響發(fā)育、生理、行為、繁殖成功和生存，對(duì)魚(yú)類產(chǎn)生有害的影響，并可能最終影響魚(yú)類種群數(shù)量。通過(guò)物種間相互作用(獵物-捕食等)，污染物可能會(huì)造成嚴(yán)重的生態(tài)危害[91]。目前，污染物對(duì)魚(yú)類體色分子機(jī)制的研究亟需深入開(kāi)展，促進(jìn)魚(yú)類體色基礎(chǔ)生物學(xué)的發(fā)展以及相關(guān)生物標(biāo)志物的開(kāi)發(fā)。在魚(yú)類體色形成的分子基礎(chǔ)研究上，利用基因組學(xué)和蛋白組學(xué)技術(shù)，我們可以借助表型/化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)在一定程度上推斷污染物作用于魚(yú)類體色形成的靶點(diǎn)和毒理學(xué)機(jī)制。

污染物對(duì)魚(yú)類的影響均能夠通過(guò)體色的變化進(jìn)行直觀地觀察和預(yù)測(cè)，這依賴于魚(yú)類體色較高的可塑性以及對(duì)外界環(huán)境的高敏感性。目前，魚(yú)類抗氧化酶、乙酰膽堿和卵黃蛋白原等作為水環(huán)境污染的早期預(yù)警生物標(biāo)志物被廣泛關(guān)注。然而對(duì)魚(yú)類體色相關(guān)分子標(biāo)志物的研究尚處于起步階段。有研究者曾提出魚(yú)類黑色素細(xì)胞可作為快速、可靠的水中重金屬污染物的生物標(biāo)志物，鱗片作為水污染的指示物[23,83]。魚(yú)類包含脊椎動(dòng)物中最多的色素細(xì)胞，體色涉及的基因數(shù)量在脊椎動(dòng)物中也最為豐富，然而我們對(duì)魚(yú)類體色涉及的分子機(jī)制認(rèn)識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此，亟需深入研究魚(yú)類體色的分子基礎(chǔ)，有助于從龐大的體色相關(guān)基因庫(kù)中篩選具有應(yīng)用前景的生物標(biāo)志物，促進(jìn)其在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。

在將來(lái)的研究中，還需研究和建立代表性魚(yú)類的顏色基準(zhǔn)，發(fā)展魚(yú)類體色檢測(cè)技術(shù)。另外，體色相關(guān)生物標(biāo)志物的開(kāi)發(fā)，不僅要以生理、發(fā)育等指標(biāo)的變化為依據(jù)，而且還要從體色形成的分子層面探究相關(guān)基因或通路表達(dá)的變化，同時(shí)還需考慮多物種性和生物指標(biāo)的多樣性，這樣才能使結(jié)果更具全面性、有效性和綜合性。隨著分子生物學(xué)與圖像視頻技術(shù)等不斷發(fā)展，將促進(jìn)魚(yú)類體色及相關(guān)分子標(biāo)志物在水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。