利用动力学模型研究海水鱼肠道对汞生物累积过程的影响

Mercury [Hg, especially methylmercury (MeHg)] is easily to be accumulated by fish. Hg contamination severely affects the quality of fish and fish products and poses a great threat to human health. Food is the predominant source for Hg accumulation and the digestive tract is the most important route for Hg uptake by fish. Our previous studies have shown that the gut not only participates in the absorption and elimination of Hg, but also plays an important role in Hg biotransformation in fish. However, the effects of intestine on Hg bioaccumulation in fish have not been thoroughly understood. This project plans to conduct laboratory exposure experiments to investigate the distribution of inorganic Hg and MeHg in different species of marine fish, with the aims to: 1. Compare the bioaccumulation processes of Hg in the gut of different fish species by developing kinetic model; 2. Explore the “key” kinetic process that affects the accumulation and species distribution of Hg within fish body. We hypothesize that: 1. The kinetic processes in the gut are varied in different fish species, and the Hg levels in fish could be independent on one “key” kinetic process. 2. There are also variations in the intestinal kinetic processes for different Hg species, and this may influence the species distribution of Hg within fish body. The study can help to develop a broader understanding of the disposition, metabolism and accumulation of Hg within fish body, and can provide potential solutions to control Hg accumulation by fish and diminish the exposure risk through fish consumption.

鱼类对汞（Hg，尤其是甲基汞）有较强的富集能力，Hg污染严重影响鱼肉及鱼类制品的质量安全，威胁着人类健康。鱼体内富集的Hg主要来源于食物，肠道是Hg进入鱼体的最重要途径。申请者的前期研究发现肠道不仅参与了Hg的吸收和排出，更是Hg的生物转化过程的重要位点。但目前，关于肠道对鱼体内Hg生物累积过程的影响鲜有报道。本项目拟通过室内暴露实验，探究Hg在不同海水鱼体内的分布动态，利用动力学模型比较Hg在肠道内的吸收、转化及排出过程的差异，并探明影响Hg在鱼体内积累及形态分布的关键动力学过程。研究假设如下：不同海水鱼的肠道动力学过程存在差异，且其中存在某个关键过程，导致了海水鱼积累Hg水平的高低；不同形态Hg的肠道动力学过程存在差异，并影响到Hg在鱼体内的形态分布。研究结果有助于更为全面地认识Hg在鱼体内迁移、代谢和积累的规律，并为探索控制鱼类Hg积累、降低鱼肉的Hg暴露风险的有效途径提供理论依据。

鱼类对汞（Hg，尤其是甲基汞）有较强的富集能力，Hg污染严重影响鱼肉及鱼类制品的质量安全，威胁着人类健康。本项目首先梳理了近十年来我国鱼类汞积累现状的中英文文献，发现我国鱼类Hg含量总体偏低，但存在明显的地理分布差异，海水鱼在东部及东南地区的含量偏高，食物组成和食性对鱼类Hg积累水平有显著影响。值得注意的是，同种食性的不同鱼类，对Hg的积累水平差异也很大（如蓝子鱼较其他植食性鱼类低），暗示还有其他因素影响了鱼类Hg吸收和积累。鱼体内富集的Hg主要来源于食物，肠道是Hg进入鱼体的最重要途径。肠道不仅参与了Hg的吸收和排出，更是Hg的生物转化过程的重要位点，但关于肠道对鱼体内Hg生物累积过程的影响的相关研究尚不深入。为此，本项目针对蓝子鱼这一特殊的低Hg积累鱼类，搭建动力学模型探究不同Hg形态在其体内的吸收、分布过程与特征，发现蓝子鱼具有强大的Hg排出能力，尤其是对于食物相吸收的Hg，其肠道排出（肝-胆汁-粪便途径）速率相当可观（无机汞和甲基汞的胆汁排泄速率分别为4.2 ± 0.79 d−1和6.8 ± 2.2 d−1），使得蓝子鱼的Hg排出效率较其他鱼类更高效（无机汞和甲基汞的ke分别为0.060-0.065 d−1和0.020 d−1），从而维持了低Hg积累水平。基于此，本项目进一步从肠道微生物的角度探究了其在典型养殖鱼类（黄鳍鲷、大口黑鲈）体内Hg形态转化中所扮演的角色。研究发现，肠道微生物在鱼类体内汞的形态转化过程中发挥了至关重要的作用，其参与了鱼类肠道中Hg甲基化与去甲基化过程，最终显著影响了Hg在鱼体内的积累和形态分布。同时，不同形态Hg对肠道微生物群落结构和组成的影响不同，不同鱼类的肠道菌群对Hg暴露的响应不同，也导致了不同鱼类对Hg的积累潜力具有差异。本研究的结果有助于更为全面地认识Hg在鱼体内迁移、转化和积累的规律，为深入了解鱼类抵御Hg胁迫的机制提供了重要的理论依据，并为控制鱼类Hg积累、降低鱼肉的Hg暴露风险提出了可行性方法。