微囊藻毒素的環(huán)境暴露、毒性和毒性作用機制研究進展

國曉春，盧少勇,*，謝平，陳雋，劉曉暉

1.中國環(huán)境科學研究院環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室國家環(huán)境保護湖泊污染控制重點實驗室洞庭湖生態(tài)觀測研究站，北京100012

2.中國科學院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站，武漢430072

3.山東師范大學地理與環(huán)境學院，濟南250014

微囊藻毒素的環(huán)境暴露、毒性和毒性作用機制研究進展

國曉春1，盧少勇1,*，謝平2，陳雋2，劉曉暉3

1.中國環(huán)境科學研究院環(huán)境基準與風險評估國家重點實驗室國家環(huán)境保護湖泊污染控制重點實驗室洞庭湖生態(tài)觀測研究站，北京100012

2.中國科學院水生生物研究所東湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)試驗站，武漢430072

3.山東師范大學地理與環(huán)境學院，濟南250014

微囊藻毒素(MCs)是富營養(yǎng)化淡水水體中藍藻的爆發(fā)性繁殖產生的最常見的藻毒素，因其分布廣、結構穩(wěn)定、毒性大引起了科學界的廣泛關注。本文系統(tǒng)梳理了微囊藻毒素在我國水體中的污染現狀和典型毒性效應及毒性作用機制。另外，針對目前藻毒素研究的不足提出了建議，可為有效降低環(huán)境中微囊藻毒素的潛在安全風險及深入研究其生態(tài)毒性效應提供支持。

微囊藻毒素；環(huán)境暴露；毒性效應；致毒機制

國曉春,盧少勇,謝平,等.微囊藻毒素的環(huán)境暴露、毒性和毒性作用機制研究進展[J].生態(tài)毒理學報，2016,11(3):61-71

Guo X C,Lu S Y,Xie P,et al.Environmental exposure,toxicity and toxic mechanism of microcystins:A review[J].Asian Journal of Ecotoxicology, 2016,11(3):61-71(in Chinese)

由淡水水體富營養(yǎng)化引起的藍藻水華以及與之相關的藻毒素污染在全球范圍內被廣泛報道。藍藻異常繁殖不僅破壞水體的水文化學特性以及光照，產生異臭異味物質，使水質惡化，水中溶解氧減少，水體生物的多樣性降低，嚴重破壞水生生態(tài)系統(tǒng)平衡，更為嚴重的是藍藻細胞破裂后能夠產生大量的藻毒素對動物和人類的飲用水安全構成嚴重的威脅。過去幾十年，世界各地水庫、河流、湖泊等水體因爆發(fā)藍藻水華使動物和人因藍藻毒素中毒的事件頻繁發(fā)生[1]。

在已發(fā)現的藍藻毒素中，微囊藻毒素(MCs)在全球淡水水體中分布最廣、出現頻率最高、毒性效應最嚴重，因而得到了普遍的研究，其對環(huán)境和人類健康的危害已成為全球關注的重大環(huán)境問題之一。大量的研究報道MCs可以在器官中吸收、運輸和累積，引起水生動物和哺乳動物的中毒和死亡[2]并對人類健康造成潛在威脅[3]。水體中的MCs可以通過水生生物的呼吸作用(鰓)、皮膚接觸和食物攝取等途徑進入體內，并經過腸道吸收、血液循環(huán)以及體液循環(huán)分布于機體的各個部位。雙殼類動物，比如蚌類，由于其濾食或者舔食特性而更容易積累懸浮或附著在藻類以及浮游動物中的微量MCs，即通過生物濃縮的方式積累MCs。魚類對MCs的攝食主要通過2種方式，一是植食性魚類(如羅非魚)和濾食性魚類(如鳙、鰱)等直接吞食產MCs的藻類，經過腸道的消化吸收使得MCs在機體內運輸累積[4]。另一方面，其他食性的魚類則還可通過捕食被MCs污染的水生生物而被染毒。

一般認為藻毒素進入人體的主要途徑包括：慢性攝入被污染的飲用水；水產品、蔬菜等的食物攝入；游泳、洗澡等皮膚接觸污染水；靜脈途徑(例如血透析)以及通過鼻粘膜吸入；藍藻營養(yǎng)品攝入等。有關藍藻對人類毒害作用的事件由來已久[5]，引起這些健康事件的毒素涉及很多，但以MCs最為常見。國內外已有的流行病學調查顯示飲用水中的MCs可能是我國東部地區(qū)原發(fā)性肝癌高發(fā)病率的重要危險因素之一，并與多種腫瘤的發(fā)病率，大腸癌發(fā)病率以及胃癌死亡率上升等均有相關性[6-7]。1996年2月，在巴西發(fā)生了最嚴重的人類中毒事件，由于血液透析用水被MCs污染，導致126例患者出現急性肝臟損傷癥狀，60例患者死亡[8]。最近的研究中，Chen等[9]和Li等[10]首次檢測出在慢性毒素暴露條件下人體血液中存在MCs，并結合血清生化學結果證明肝臟損傷的存在，是迄今為止藍藻毒素通過自然染毒途徑對人類健康產生影響的最直接的證據。本文綜述了微囊藻毒素典型毒性效應及毒性機制2個方面的研究現狀，為進一步研究藍藻水華的生態(tài)毒理提供信息。

1 微囊藻毒素的來源及結構（Source and structure of microcystins）

微囊藻毒素(microcystins,MCs)是淡水水體中出現頻率最高、分布最廣、造成危害最嚴重的一類具有強烈肝毒性的環(huán)肽毒素[11]，其主要由微囊藻屬(Microcystis)、魚腥藻屬(Anabaena)、念珠藻屬(Nostoc)、束絲藻屬(Aphanizomenon)以及顫藻屬(Oscillatoria)等產生[12]。MCs是藍藻的次生代謝產物，其通過非核糖體途徑在細胞內合成，并在細胞破裂釋放后表現出毒性[13]。光照、營養(yǎng)鹽、微量元素、鹽度、溫度、pH等環(huán)境因素均能影響MCs的產生，其中光照強度和營養(yǎng)鹽的影響作用最大[14-15]。

圖1 微囊藻毒素的結構通式：環(huán)（-D-Ala1-L-X2-D-Masp3-L-Z4-Adda5-D-Glu6-Mdha7）

微囊藻毒素是單環(huán)七肽化合物，其結構通式如圖1所示。MCs的特征結構為5號位的Adda基團，其結構為3-氨基-9-甲氧基-2,6,8-三甲基-10-苯基-4(E),6(E)-二烯，是MCs生物活性表達所必需的基團。此外，MCs的7個氨基酸還包含7號位Mdha(N-甲基脫氫丙氨酸，N-methyldehydroalanine)和2號、4號位的2個可變的L-氨基酸[16]以及3個D型氨基酸-1號位丙氨酸(alanine)、3號位MeAsp (也稱為Masp)(赤-β-甲基天冬氨酸，erythro-β-methylaspartic acid)和6號位谷氨酸(glutamic acid)。雖然MCs的結構變異在各氨基酸殘基上都能夠發(fā)生，但其最為常見的變異主要發(fā)生在2號、4號位的2個可變的L-氨基酸X和Z，以及MeAsp和Mdha殘基的甲基化水平[17]。至今已發(fā)現的MCs的異構體有100多種[18]，MC-LR、MC-RR和MC-YR是其中含量較多，毒性較大且分布較為普遍的。

2 我國微囊藻毒素的暴露水平（Environmental exposure of microcystins in China）

自然界中水華暴發(fā)時，若無外來影響使其迅速溶解，水體中的毒素含量至多只有0.1～10 μg·L-1，而細胞內的毒素則會高出幾個數量級[19]。大型湖泊、河流中藍藻釋放的藻毒素可被大量水體稀釋，但大規(guī)模藍藻水華溶解時，就會使毒素達到較高濃度，造成潛在危害。

我國是一個湖泊眾多的國家，20世紀90年代以來，藍藻水華暴發(fā)的面積、強度以及藻毒素含量均在大幅度增長，由此帶來的環(huán)境和生物安全問題日益引起關注。這其中，以江蘇太湖、安徽巢湖、云南滇池的藍藻水華污染最為嚴重。此外，長江、黃河、松花江中下游等主要河流以及鄱陽湖、武漢東湖、武漢蓮花湖、上海淀山湖、三峽庫區(qū)等淡水湖泊、水庫中也都相繼發(fā)生了不同程度的藍藻水華污染并檢測到了MCs的存在[20]。Song等[21]報道太湖五里湖和梅梁灣表層水最大胞外MCs含量分別為2.71和6.66 μg·L-1。Shen等[22]于太湖梅梁灣的研究顯示，微囊藻毒素隨時間和營養(yǎng)鹽水平的不同有很大差異，胞內毒素最高可達97.32 μg·g-1干藻。Wang等[23]在太湖貢湖灣檢測的表層水MCs組成以MCLR和MC-RR為主，胞外MC最大含量為0.391 μg· L-1，胞內MC最大含量可達35.418 μg·L-1。徐海濱等[24]對江西鄱陽湖的調查顯示，水體微囊藻毒素最大為1 036.9 pg·mL-1，同時發(fā)現魚體內有毒素積累。王紅兵等[25]曾檢測到上海淀山湖水體中MCs濃度最高可達55.4 ng·mL-1。蔡金傍等[26]對華北地區(qū)某水庫進行為期1年的監(jiān)測發(fā)現，胞內胞外MCs的峰值出現在夏秋季，最高可達5.6288 μg·L-1。2005年對北京市重要飲用水水源地官廳水庫、密云水庫和懷柔水庫水源水樣進行藻毒素調查發(fā)現，在藻類的高發(fā)季節(jié)，3個水庫水體中均檢出MCs，其中官廳水庫7月份MCs最高值達到20 μg·L-1[27-28]。廣東省典型供水水庫和淡水湖泊微囊藻毒素分布廣泛，毒素組成以MC-RR為主，水庫微囊藻毒素含量在0～0.919 μg·L-1[29]。楊希存等[30]對秦皇島洋河水庫的調查顯示微囊藻毒素總含量為0.13～0.93 μg·L-1。周學富等[31]在原發(fā)性肝癌高發(fā)地區(qū)江蘇泰興等地的許多溝塘中檢出大量的MCs，河水、溝塘水和淺井水內MCs的平均含量為36 ng·L-1、29 ng·L-1和25 ng·L-1。我國廈門市同安地區(qū)水樣中MCs的陽性檢出率高達77.5%，池塘水和水庫水中MC的最高檢出值分別為351 ng·L-1和876 ng·L-1[32]。

除天然水體及水庫源水中普遍檢測出MCs外，飲用水也存在MCs污染。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定飲用水中MC-LR含量的安全指導值為1.0 μg· L-1[33]，目前我國也已經采用此指導值作為飲用水標準。國內相關研究表明，包括上海、廈門、無錫、海門、昆山及鄭州等在內的部分城市自來水廠出水樣品中能檢測出MCs，部分樣品最大濃度接近甚至超過安全限值(1.0 μg·L-1)[34-36]。

3 微囊藻毒素的毒性效應（Toxicity of microcystins）

3.1 肝臟毒性

目前已確定的MCs的同分異構體已有100多種[18]，其主要作用于肝臟，有關其在生物體體內及體外的肝毒性研究最為詳盡[37-38]。研究表明無論經腹腔注射或者口服灌胃，MCs均能引起實驗動物的肝臟病變[39]。室內實驗結果顯示，小鼠[40]和大西洋鮭魚[41]經染毒后，MCs均主要積累在肝臟；野外調查結果顯示，無論在無脊椎動物如蚌、螺、蝦[42]還是在魚類[43]，MCs均在肝臟中的累積量最多。MCs的親肝臟性主要取決于其通過細胞內的膽汁酸轉運系統(tǒng)以及有機陰離子轉運多肽(Oatps)轉運機制主動運輸進入細胞[44]，膽汁酸轉運系統(tǒng)以及Oatps的器官表達特異性導致MCs轉運及積累具有親器官性。Fischer等[45]用非洲爪蟾卵母細胞研究了多種Oatps對MC-LR的轉運，結果發(fā)現轉運MC-LR效能較高的主要是大鼠肝臟Oatp1b2、人體肝臟OATP1B1以及OATP1B3，這表明MCs具有親肝臟性。同時肝臟是MCs與GSH結合進行I、II相代謝解毒的中心[46-49]，因而也是MCs毒性的靶器官[50]，受損最嚴重。此外，動物實驗表明，MCs不僅是潛在的肝腫瘤促進劑，同時還可能是肝癌的啟動劑[51]。

He等[52]以大鼠為研究模型，進行了長期低劑量暴露于MC-LR的代謝組學研究，結果表明MC-LR對肝臟代謝的干擾與營養(yǎng)物質的吸收抑制有關，因為肝臟中多達12種氨基酸含量顯著下降，而這些氨基酸在回腸中含量相應上升。MC-LR顯著干擾了肝臟中酪氨酸的合成和分解代謝，干擾了膽堿3條主要代謝通路，通過抑制谷胱甘肽合成以及促進谷胱甘肽與MC-LR結合導致肝臟谷胱甘肽耗竭，并阻礙了肝臟核苷酸的從頭合成。

流行病學研究發(fā)現MCs長期暴露嚴重危害肝臟功能。Ueno等[53]推測長期飲用MCs污染的水與我國原發(fā)性肝癌發(fā)病率的上升有關。1996年巴西發(fā)生了腎透析用水被MCs污染，導致126例患者出現亞急性肝毒性癥狀，約60例患者死亡的嚴重事故，免疫分析表明患者的肝臟和血清中均存在高濃度的MCs[54]，這也是世界上首次關于MCs直接引起人群肝損傷并致死的報道。此外，關于通過飲用水和食用水產品方式長期慢性暴露于MCs的巢湖漁民[9]的相關研究顯示，指示肝臟損傷的生化指標出現顯著升高，并且在受試者血漿樣品中檢測到的MCs與這些指標具有顯著相關性，以上結果暗示了MCs對人體的肝臟毒性。

3.2 腎臟毒性

動物體的腎臟是MCs作用的另一重要靶器官，其在MCs的代謝和排泄中起著重要的作用，MCs通過與肝細胞類似的轉運機制被轉運至腎小管細胞內，從而對腎臟造成損傷[55]。野外及室內急性毒性實驗顯示，生活于微囊藻爆發(fā)水體的鳙、鰱；腹腔染毒的鰱、虹鱒；以及口腔飼喂的鯉，均表現出MCs引起的腎小管和腎小球細胞壞死、溶酶體增生、細胞核固縮以及退行性病變等，這些現象都顯示在微囊藻毒素的毒性作用下，細胞開始出現了自噬、凋亡甚至壞死的現象[56]。放射自顯影研究顯示，動物體經MC-LR染毒后，MC-LR在腎臟中有較高的含量，并且主要位于腎皮質區(qū)域內的腎細胞核內[57]。MCs可以引起哺乳動物的腎臟細胞損傷。組織學研究發(fā)現，小鼠經注射染毒后，腎小球的管腔增大并伴有大量的紅細胞，毛細血管簇被破壞，紅細胞減少，遠曲小管和近曲小管的管腔也表現出增大的現象，其上皮細胞脫落或消失，細胞質中出現液泡并且細胞間隙中浸潤有淋巴細胞，說明在該組織中有壞死現象產生；而凋亡小體的產生、肌動蛋白絲的破壞以及其他細胞形態(tài)學上的改變說明微囊藻毒素引發(fā)了腎臟細胞的凋亡[58]。此外，離體灌注實驗表明，MCs可以改變腎臟的血管阻力、腎小球率過濾和灌注壓等一系列功能指標[59]。

3.3 生殖毒性

MCs具有顯著的生殖及胚胎發(fā)育毒性。雌、雄青鳉魚30 d低劑量暴露實驗顯示，MC-LR能夠造成雄魚的睪丸損傷，在細精管出現大面積的溶解性區(qū)域，指示趨向凋亡的異常細胞增殖過程有所增加。MC-LR同時對卵巢有明顯的影響，特別是使性腺組織萎縮，降低卵黃含量[60]。斑馬魚慢性染毒實驗發(fā)現，肝臟卵巢、睪丸均有顯著的組織學損傷，孵化率和性腺的17β-雌二醇含量均顯著降低并且發(fā)現Bcl-2轉錄水平的顯著下調[61]。急性毒性試驗顯示，MC-LR染毒后雌性斑馬魚卵巢出現顯著的組織學損傷并且呈現出時間劑量依賴關系，同時檢測到MDA含量，抗氧化酶CAT、SOD和GPX酶活性和轉錄水平的升高[62]。雄性大鼠腹腔注射染毒實驗發(fā)現，藻毒素粗提物能夠造成雄鼠的睪丸損傷，精子的運動能力和生存發(fā)育能力下降，生精小管內精子的質量降低[63]。針對銅銹環(huán)棱螺的野外調查研究發(fā)現，性腺是MCs除肝臟外的第二個靶器官[64]，并且可以從母代傳遞給子代，對子代的發(fā)育造成危害。妊娠孕鼠腹腔注射染毒實驗顯示不同劑量的MCLR(4～62 μg·kg-1)都能夠造成胎盤屏障的損傷，導致胎盤細胞水腫、變性以及間質疏松[65]。MCs除了對睪丸和卵巢有直接的毒性作用外，還可以通過損傷下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸和肝臟來間接地作用于性激素。Chen等[66-67]研究發(fā)現，MC-LR處理后睪酮含量減少而LH和FSH的水平升高，LH和FSH的分泌受到了睪酮的負反饋調控。在雌性斑馬魚，MCs同樣干擾類固醇合成基因和HPG軸上性激素的含量，導致卵泡發(fā)育、卵母細胞成熟和排卵受到抑制[68]。

斑馬魚胚胎染毒實驗發(fā)現，經不同濃度的MCLR處理后斑馬魚胚后發(fā)育受到影響，并且幼魚的存活率下降[69]。此外，Bu等[70]研究發(fā)現藻毒素提取物會導致孕鼠的體重下降，胎兒的重量、體長以及尾巴長度均下降，還會出現胎鼠尾巴卷曲的情況。

3.4 神經毒性

1996年，巴西血液透析MCs素中毒事件的大部分病人都伴有頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、昏睡、視覺障礙、眼盲、耳鳴、耳聾、癲癇等一系列的神經毒性癥狀。進一步的研究顯示，MCs可經由有機陰離子轉運多肽(Oatps)通過血腦屏障轉運至腦組織中引起神經毒性病癥[71]。懷孕SD大鼠10 μg·kg-1體重MCLR的暴露實驗顯示，前腦超微結構稀疏，內質網腫脹，且線粒體腫脹[72]。MC-LR暴露后可以引起海馬區(qū)顯著的組織和結構損傷以及嚴重的氧化性損傷[73]。MCs能夠引起神經性生理功能的改變，比如魚類的游泳能力(平均速度、活動百分率)在低MCRR的暴露條件下增加，而在高的暴露條件下降低[74]。此外，MCs還可以引起生物體行為的變化。0.1 μg·L-1MC-LR暴露24 h后，線蟲的身體彎曲頻率和頭部鞭打頻率顯著降低[75]。水迷宮測試實驗顯示，MC-LR暴露3 d后，大鼠出現顯著的長期逃避延遲并且發(fā)現其進入月臺區(qū)域的頻率較低[73,76]。

MCs可能是通過影響腦組織中與細胞骨架[72,77]、能量代謝、信號轉導和氧化應激等功能相關的蛋白的表達而對神經系統(tǒng)發(fā)育與功能造成損害，并可能進一步引發(fā)相關的神經退行性疾病[73,78-79]。

3.5 其他毒性

MCs除了具有強烈的肝臟和腎臟毒性，還表現出一定的遺傳毒性和免疫毒性[80]。

大量的研究表明MCs可以通過損傷DNA、染色體和基因等遺傳物質，對機體產生危害。MCs可誘導小鼠肝臟、倉鼠幼體腎臟細胞、小鼠胚胎纖維原細胞、原代培養(yǎng)的大鼠肝細胞、人肝癌細胞以及人外周血淋巴細胞的DNA損傷。細胞體外微核試驗顯示MCs能明顯引起染色體損傷，并且呈現良好的劑量-反應關系[81]。Zhan等[82]應用人類淋巴母細胞TK6研究MC-LR的體外遺傳毒性的分子機理中顯示MC-LR可導致TK6細胞tk位點雜合性丟失。

目前關于MCs的免疫毒性研究主要集中于其對免疫細胞和免疫分子的影響兩方面。研究表明低劑量MCs暴露可導致小鼠免疫抑制[83]。另外，體外和體內動物實驗結果顯示，MC-LR染毒能夠降低小鼠NK細胞對YAC-1細胞的殺傷活性。Chen等[84]的體外研究結果表明不同劑量MC-LR處理后，巨噬細胞的NO產生量減少并且IL-1?、GM-CSF、iNOS、IFN-r和TNF-n的表達降低。動物實驗證明MCs對細胞因子的表達具有調節(jié)作用[85]。此外，Yea等[86]的研究結果也表明MCs對小鼠淋巴細胞功能的抑制作用是通過降低IL-2mRNA的穩(wěn)定性，MCs對免疫系統(tǒng)多個方面、多個層次的功能顯示出明顯的抑制作用[87]。

4 微囊藻毒素的毒性作用機制（Toxic mechnism of microcystins）

4.1 有機陰離子轉運多肽轉運機制

微囊藻毒素不易通過被動運輸方式通過細胞膜，只能依靠相應載體的運輸進入細胞。有機陰離子轉運多肽類(organic anion transporting polypeptides,簡稱OATP)的蛋白家族能夠介導對于不依賴鈉離子的兩性有機化合物的吸收，如膽汁鹽類、有機陰離子染料、甾類和甾類軛合物、藥物、不同的多肽類以及毒素等[88]。OATP家族有許多成員，到目前為止研究發(fā)現OATP家族成員有：OATP1、OATP2、OATP3、OATP4、OATP5以及OATP6。不同的OATP在人或哺乳動物的組織和器官中具有不同的分布，而不同的OATP對于不同種類的微囊藻毒素的吸收也具有特殊性。研究顯示，OATP在肝臟、腦、腎臟、腸道、心臟以及生殖腺中均有不同的表達，這也被認為是MCs之所以具有較為明顯的器官選擇性毒性的重要原因[89-94]。

4.2 抑制蛋白磷酸酶活性

微囊藻毒素在經過相應載體的運輸作用進入細胞后，能夠引起細胞產生一系列的反應，從而改變細胞正常的內部環(huán)境，進而發(fā)揮對細胞的毒性作用。MCs代表性的致毒機理為蛋白磷酸酶抑制。MCs進入細胞后，MeAsp殘基首先通過非共價結合作用抑制絲氨酸/蘇氨酸蛋白磷酸酶1和2A(簡稱PP1/ PP2A)的活性，隨后，MCs的Mdha基團與PP1和PP2A的半胱氨酸殘基共價結合，進而導致PP1和PP2A不可逆的改變[95]。就是通過這種抑制作用造成了細胞內多種蛋白的磷酸化和去磷酸化失衡，細胞內一系列的生化過程發(fā)生紊亂，最終導致細胞的損傷。

研究表明，MCs通過抑制PP1和PP2A的活性，從而抑制單鏈核苷酸剪切修復(nucleotide excision repair,即NER)和DNA雙鏈斷裂修復(double-strand breaks,即DSB)這2種通過非同源末端連接(non-homologous end joining,即NHEJ)方式來修復DNA的通路[96-97]。有研究發(fā)現微囊藻毒素能夠促進腫瘤的生成，而這可能與其抑制PP2A進而對細胞周期產生影響有關。Takumi等[98]的研究發(fā)現MC-LR可能通過抑制PP2A來激活Akt，并造成Akt下游靶蛋白GSK-3βS激酶的磷酸化而失活。GSK-3β激酶的失活能介導β-catenin的磷酸化并能引起該蛋白向核內的轉運，β-catenin在核內的聚集可以通過促進一系列基因的表達而引起細胞增殖和分化。此外，MCs還可以通過影響微管相關蛋白tau和小熱休克蛋白27(heat shock protein27，即HSP27)兩類蛋白的磷酸化而對細胞骨架造成破壞[99-100]。同時，PP2A被MCs抑制與p53、Bcl-2家族蛋白的表達以及鈣調蛋白激酶II(簡稱CaMKII)的調控誘導的細胞凋亡密切相關[101-103]。

4.3 誘導細胞內氧化應激

相關的研究顯示，氧化損傷是MCs毒性作用的另一重要機制。在正常生理狀態(tài)下，機體活性氧(ROS)的產生和抗氧化系統(tǒng)對活性氧的消除存在著動態(tài)的平衡。超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)分別作用于過氧根離子(O-2)和過氧化氫(H2O2)；谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)則主要消除過氧化氫和脂質過氧化產物；氧化型谷胱甘肽(GSSG)在谷胱甘肽還原酶(GR)作用下NADPH供氫還原為還原型谷胱甘肽(GSH)，以維持細胞內充足的GSH水平。同時，抗氧化系統(tǒng)還包括許多其他的抗氧化物質，如GSH，維生素A、C、E以及胡蘿卜素等。GSH的合成又通過其自身對r-谷氨酰半胱氨酸合成酶(γ-GCS)的反饋抑制來調控。細胞的功能狀態(tài)取決于ROS與抗氧化能力的平衡[104]，當抗氧化系統(tǒng)活性下降或者活性氧產物增加時，即發(fā)生氧化損傷。大量的體外和原位系統(tǒng)實驗表明MCs能夠引起機體產生高濃度的活性氧，并產生由脂質過氧化(LPO)所帶來的氧化損傷，破壞細胞膜的結構與功能，導致過氧化產物丙二醛(MDA)的產生[105]，引起機體內抗氧化防御系統(tǒng)的變化。另外，MCs通過誘導細胞活性氧產生和氧化應激，進而導致細胞凋亡。MCs誘發(fā)細胞內ROS含量過量上升，導致肝細胞脂質過氧化、巰基狀態(tài)改變以及酶活性抑制。加上細胞磷酸化平衡和細胞信號轉導功能失調，從而改變了肝細胞膜的結構和通透性并損傷內質網等細胞內膜系統(tǒng)，造成細胞骨架結構重排和細胞核損傷，引發(fā)細胞膜發(fā)泡，并由此導致了細胞凋亡。McDermott等[106]率先報道了MC-LR能誘導各種類型哺乳動物細胞凋亡，Chen等[107]則系統(tǒng)研究了MCs誘導小鼠肝細胞凋亡的分子基礎，提出了MCs誘導的細胞凋亡由線粒體介導的觀點。近年來的研究也發(fā)現，與細胞增殖和癌變有關的原癌基因、抑癌基因參與了MCs誘導的細胞凋亡過程。

4.4 誘發(fā)DNA損傷

微囊藻毒素侵入機體后，基于抑制PP2A和產生ROS這2種生理過程，通過誘導DNA突變、損傷DNA結構、抑制DNA修復這3種方式誘發(fā)DNA損傷。Zegura等[108]的研究發(fā)現，細胞暴露于微囊藻毒素-LR 8 h后，氧化嘧啶開始修復，但氧化嘌呤并未同時得到修復，如果這種嘌呤的氧化損傷沒有在DNA復制之前得到修復，就會導致DNA中的GCA得到轉化突變。此外，大量實驗證明，微囊藻毒素不僅直接影響細胞核的形態(tài)，其誘導產生的ROS，同樣作用于DNA結構。Repavich等[109]發(fā)現，MCs可以誘導人體淋巴細胞染色體斷裂，并呈劑量相關性。另有研究則表明MC-LR導致人體血淋巴細胞的凋亡和DNA鏈斷裂現象[110]。除了直接損傷DNA，微囊藻毒素還會抑制DNA修復過程，進一步增強促突變、促癌效果。Lankoff等[111]發(fā)現，用MC-LR處理后的人類成膠質瘤細胞MO59K及其非同源的MO59J細胞并未得到同時修復，并且雙鏈修復系統(tǒng)的關鍵酶DNA-PK的活性被抑制。

圖2 微囊藻毒素生物毒性作用典型機制

5 結論與展望（Conclusions and prospects）

日趨嚴重的富營養(yǎng)化污染已經導致我國成為藍藻水華頻發(fā)的地區(qū)，藍藻水華衍生污染物微囊藻毒素的污染已成為全球性環(huán)境問題，其對自然界中的多種生物有著嚴重的毒性作用，目前對于其環(huán)境暴露水平和毒性效應的研究已取得階段性的成果，但是以下幾個方面以后應加深研究：(1)加強對全國各區(qū)域水體MCs含量的詳細調查及其在食物鏈各營養(yǎng)級水平生物上的積累和傳遞作用的研究，探索其光化學降解、化學氧化及生物降解的機制和途徑，為相關生態(tài)風險評價提供基礎數據；(2)針對MCs轉運機理的解析，目前基于基因表達模式以及藥物實驗鑒定了4個有機陰離子轉運肽，但是到目前一直沒有直接的分子與遺傳證據。尤其是這些有機陰離子轉運肽究竟具體經由怎樣的分子機制調控著MCs在生物體內的轉運尚不清楚；(3)環(huán)境污染物在自然環(huán)境中并非單一存在，生物體常常暴露于多種環(huán)境污染物的綜合毒性影響之下，因而關于不同類型藻毒素以及其與其他有機、無機環(huán)境污染物的復合毒性研究對于準確預測環(huán)境風險，評價和診斷環(huán)境安全，具有十分重要的理論和現實意義；(4)不同物種及性別生物對MCs的抗性差異很大，開展不同物種及性別間的比較毒理學研究可以為該類毒素的毒性作用模式和風險評估提供依據；(5)關于MCs的毒性效應研究相對全面，但是其致毒機理全貌尚不清楚，亟需基于如代謝組學、蛋白組學、轉錄組學等更為敏感的新興系統(tǒng)毒理學研究手段，尋找生物標志物，深入剖析其毒性機制；(6)在深入研究MCs微觀致毒機理的基礎上，加強指示藍藻水華污染的相關分子標志物研究，以期篩選出可用于湖泊生態(tài)安全的早期診斷指標體系和分子水平上的安全閾值。

（References）：

[1] Kuiper-Goodman T,Falconer I R,Fitzgerald J.Toxic Cyanobacteria in Water:A Guide to Their Public Health Consequences,Monitoring and Management[M].London:E&FN Spon,1999:113-153

[2] Chen J,Xie P,Zhang D W,et al.In situ studies on the distribution patterns and dynamics of microcystins in a biomanipulation fish-bighead carp(Aristichthys nobilis)[J]. Environmental Pollution,2007,47:150-157

[3] Azevedo S M,Carmichael W W,Jochimsen E M,et al. Human intoxication by microcystins during renal dialysis treatment in Caruaru-Brazil[J].Toxicology,2002,181: 441-446

[4] Mohamed Z A,Carmichael W W,Hussein A A.Estimation of microcystins in the freshwater fishOreochromis niloticusin an Egyptian fish farm containing aMicrocystis bloom[J].Environmental Toxicology,2003,18:137-141

[5] Codd G A.Cyanobacterial toxins,the perception of water quality and the prioritization of eutrophication control[J]. Ecological Engineering,2000,16:51-60

[6] 徐明,楊堅波,林玉娣.飲用水微囊藻毒素與消化道惡性腫瘤死亡率關系的流行病學研究[J].中國慢性病預防與控制,2003(1):112-113

Xu M,Yang J B,Lin Y D.Microcystins in drinking water and mortality of major cancer in a city along Taihu Lake [J].Chinese Journal of Prevention and Control of Chronic Diseases,2003(1):112-113(in Chinese)

[7] Li G Y,Xie P,Li H Y,et al.Involment of p53,Bax,and Bcl-2 pathway in microcystins-induced apoptosis in rat testis[J].Environmental Toxicology,2011,26(2):111-117

[8] Yuan M,Carmichael W W,Hilborn E D.Microcystin analysis in human sera and liver from human fatalities in Caruaru,Brazil 1996[J].Toxicon,2006,48:627-640

[9] Chen J,Xie P,Li L,et al.First identification of the hepatotoxic microcystins in the serum of a chronically exposed human population together with indication of hepatocellular damage[J].Toxicological Science,2009,108:81-89

[10] Li Y,Chen J A,Zhao Q,et al.A cross-sectional investigation of chronic exposure to microcystin in relationship to childhood liver damage in the three gorges reservoir region,China[J].Environmental Health Perspectives,2011, 119(10):1483-1488

[11] Carmichael W W.The Cyanotoxins[M].London,New York:Academic Press,1997:211-256

[12] Chorus I,Falconer I R,Salas H J,et al.Health risks caused by freshwater cyanobacteria in recreational waters [J].Journal of Toxicological Environmental Health B, 2000,3(4):323-347

[13] Meissner K,Dittmann E,B?rner T.Toxic and non-toxic strains of the cyanobacteriumMicrocystis aeruginosacontain sequences homologous to peptide synthetase genes [J].FEMS Microbiol Letter,1996,135:295-303

[14] Lee S J,Jang M H,Kim H S,et al.Variation of microcystin content ofMicrocystis aeruginosarelative to medium N:P ratio and growth phase[J].Journal of Applied Microbiology,2000,89:323-329

[15] Long B M,Jones G J,Orr P T.Cellular microcystin content in N-limitedMicrocystis aeruginosacan be predicted from growth rate[J].Applied and Environmental Microbiology,2001,67:278-283

[16] McElhiney J,Lawton L A.Detection of the cyanobacterial hepatotoxins microcystins[J].Toxicology and Applied Pharmacology,2005,203:219-230

[17] Sivonen K,Jones G.Cyanobacterial Toxins[M]//Chorus I,Bartram J.eds.Toxic Cyanobacteria in Water,a Guide to Their Public Health Consequences,Monitoring and Management.London and New York:E&FN Spon, 1999:41-111

[18] Ufelmann H,Krüger T,Luckas B,et al.Human and rat hepatocyte toxicity and protein phosphatase 1 and 2A inhibitory activity of naturally occurring desmethyl-microcystins and nodularins[J].Toxicology,2012,293(1-3):59-67

[19] Lahti K,Rapala J,Fardig M,et al.Persistence of cyanobacterial hepatotoxin,microcystin-LR in particulate material and dissolved in lake water[J].Water Research, 1997,3l:l005-10l2

[20] 許川,舒為群.微囊藻毒素污染狀況、檢測及其毒效應[J].國外醫(yī)學(衛(wèi)生學分冊),2005,32(1):56-60

Xu C,Shu W Q.Pollution condition,test and toxic effects of microcystins[J].Foreign Medical Sciences(Section Hygiene),2005,32(1):56-60(in Chinese)

[21] Song L,Chen W,Peng L,et al.Distribution and bioaccumulation of microcystins in water columns:A systematic investigation into the environmental fate and the risks associated with microcystins in Meiliang Bay,Lake Taihu [J].Water Research,2007,41:2853-2864

[22] Shen P P,Shi Q,Hua Z C,et al.Analysis of microcystins in cyanobacteria blooms and surface water samples from Meiliang Bay,Taihu Lake,China[J].Environment International,2003,29:641-647

[23] Wang Q,Niu Y,Xie P,et al.Factors affecting temporal and spatial variations of microcystins in Gonghu Bay of Lake Taihu,with potential risk of microcystin contamination to human health[J].Scientific World Journal,2010, 10:1795-1809

[24] 徐海濱,隋海霞,高士榮,等.微囊藻毒素在鯉魚體內生物富集作用的初步研究[J].中國食品衛(wèi)生雜志, 2003,15(3):202-204 Xu H B,Sui H X,Gao S R,et al.Primary experimental study on bioaccumulation of microcystin inCyprinus carpio[J].Chinese Journal of Food Hygiene,2003,15(3): 202-204(in Chinese)

[25] 王紅兵,宋偉民,朱惠剛.上海淀山湖、黃浦江水系浮游藻類及藻類毒素的動態(tài)研究[J].環(huán)境與健康雜志, 1995,12(5):1996-1999

Wang H B,Song W M,Zhu H G.Study on seasonal dynamics of planktonic algae and microcystins in the Dianshan Lake and Huangpu River[J].Journal of Environment and Health,1995,12(5):1996-1999(in Chinese)

[26] 蔡金傍,李文奇,逄勇,等.水庫微囊藻毒素-LR含量與環(huán)境因子的相關性研究[J].重慶建筑大學學報,2007, 29(5):130-134

Cai J B,Li W Q,Jiang Y,et al.Research onmicrocystin-LR in a reservoir with relation to environmental factors [J].Journal of Chongqing Jianzhu University,2007,29(5): 130-134(in Chinese)

[27] 王蕾,林愛武,顧軍農,等.北京市供水水源微囊藻毒素檢測及調查[J].城鎮(zhèn)供水,2006(4):28-29

Wang L,Lin A W,Gu J N,et al.Test and survey of microcystins in water source of Beijing[J].City and Town Water Supply,2006(4):28-29(in Chinese)

[28] 張娟,梁前進,周云龍,等.官廳水庫水體中微囊藻毒素及其微囊藻細胞密度相關性研究[J].安全與環(huán)境學報,2006,6(5):53-56

Zhang J,Liang Q J,Zhou Y L,et al.Study on microcystins and their correlation with microcystis cell densities in Guanting Reservoir[J].Journal of Safety and Environment,2006,6(5):53-56(in Chinese)

[29] 王朝暉,林少君,韓博平,等.廣東省典型大中型供水水庫和湖泊微囊藻毒素分布[J].水生生物學報,2007, 31(3):307-311

Wang Z H,Lin S J,Han B P,et al.Distribution of microcystins in typical water supply reservoirs and lake in Guangdong Province[J].Acta Hydrobiologica Sinica, 2007,31(3):307-311(in Chinese)

[30] 楊希存,王素鳳,鄂學禮,等.洋河水庫微囊藻毒素含量與水污染指標的相關性研究[J].環(huán)境與健康雜志, 2009,26(2):137-138

Yang X C,Wang S F,Er X L,et al.Correlation between microcystin and water pollution indexes of Yanghe Reservoir,Qingdao[J].Journal of Environment and Health, 2009,26(2):137-138(in Chinese)

[31] 周學富,董傳輝,俞順章.泰安地區(qū)肝癌高發(fā)因素研究[J].現代預防醫(yī)學,1999,26:350-351

Zhou X F,Dong C H,Yu S Z.Study on the high-risk factors of liver cancer in Taian[J].Modern Preventive Medicine,1999,26:350-351(in Chinese)

[32] 孫昌盛,陳華,薛常鎬.同安水環(huán)境藻類與藻類毒素分布調查[J].中國公共衛(wèi)生,2000,16:147-148

Sun C S,Chen H,Xue C G.Study of distribution of algal toxin and algal species in Tong-an environment[J].China Public Health,2000,16:147-148(in Chinese)

[33] Gehringer M M.Microcystin-LR and okadaic acid-induced cellular effects:A dualistic response[J].FEBS Letters,2004,557:1-8

[34] 陸衛(wèi)根,林文堯.海門市1969-1999年原發(fā)性肝癌死亡率趨勢及高發(fā)因素的探討[J].交通醫(yī)學,2001,15:469-470

Lu W G,Lin W R.Investigation on primary liver cancer mortality trends and the high-risk factors in 1969-1999 in Haimen[J].Medical Journal of Communications,2001, 15:469-470(in Chinese)

[35] 劉天福,賈幸改,趙建明.三門峽市飲用水藻類污染及影響因素研究[J].環(huán)境與健康雜志,2001,28(2):100-101

Liu T F,Jia X G,Zhao J M.Drinking water pollution by algae and its affecting factors in Sanmenxia[J].Journal of Environment and Health,2001,28(2):100-101(in Chinese)

[36] 楊松芹,張慧珍,巴月,等.鄭州市主要生活飲用水源微囊藻細胞毒素特征分析[J].衛(wèi)生研究,2007,36(4): 421-423

Yang S Q,Zhang H Z,Ba Y,et al.Characteristic analysis on the toxin of microcystis in life water source of Zhengzhou City[J].Journal of Hygiene Research,2007,36(4): 421-423(in Chinese)

[37] Wickstrom M,Haschek W,Henningsen G,et al.Sequential ultrastructural and biochemical changes induced bymicrocystin-LR in isolated perfused rat livers[J].Natural Toxins,1996,4:195-205

[38] Chen L,Li S C,Guo X C,et al.The role of GSH in microcystin-induced apoptosis in rat liver:Involvement of oxidative stress and NF-κB[J].Environmental Toxicology,2014.DOI:10.1002/tox.22068

[39] 施瑋,朱惠剛.微囊藻提取物對大鼠原代培養(yǎng)的肝細胞酶學和形態(tài)學影響研究[J].環(huán)境與健康雜志,2001, 18(5):259-261

Shi W,Zhu H G.Study on enzymology and morphology effects of extractions of cyanobacteria on primary cultured hepatocyte[J].Journal of Environment and Health,2001, 18(5):259-261(in Chinese)

[40] Robinson N A,Matson C F,Pace J G.Association of microcystin-LR and its biotransformation product with a hepatic-cytosolic protein[J].Journal of Biochemical Toxicology,1991,6:171-180

[41] Williams D E,Kent M L,Andersen R J,et al.Tissue distribution and clearance of tritiumlabeled dihydromicrocystin-LR epimers administered to Atlantic Salmon via intraperitoneal injection[J].Toxicon,1995,33:125-131

[42] Zhang X Z,Xie P,Li D P,et al.Hematological and plasma biochemical responses of crucian carp(Carassius auratus)to intraperitoneal injection of extracted microcystins with the possible mechanisms of anemia[J].Toxicon, 2007,49:1150-1157

[43] Chen J,Xie P,Zhang D W,et al.In situ studies on the bioaccumulation of microcystins in the phytoplanktivorous silver carp(Hypophthalmichthys molitrix)stocked in Lake Taihu with dense toxic microcystis blooms[J].Aquaculture,2006,261:1026-1038

[44] Klaassen C D,Lu H.Xenobiotic transporters:Ascribing function from gene knockout and mutation studies[J]. Toxicological Sciences,2008,101(2):186-196

[45] Fischer W J,Altheimer S,Cattori V,et al.Organic anion transporting polypeptides expressed in liver and brain mediate uptake of microcystin[J].Toxicology and Applied Pharmacology,2005,203(3):257-263

[46] Kondo F,Ikai Y,Oka H,et al.Formation,characterization,and toxicity of the glutathione and cysteine conjugates of toxic heptapeptide microcystins[J].Chemical Research in Toxicology,1992,5(5):591-596

[47] Pflugmacher S,Wiegand C,Oberemm A,et al.Identification of an enzymatically formed glutathione conjugate of the cyanobacterial hepatotoxin microcystin-LR:The first step of detoxication[J].Biochimica et Biophysica Acta, 1998,1425(3):527-533

[48] Ito E,Takai A,Kondo F,et al.Comparison of protein phosphatase inhibitory activity and apparent toxicity of microcystins and related compounds[J].Toxicon,2002, 40(7):1017-1025

[49] Zhang D,Xie P,Chen J,et al.Determination of microcystin-LR and its metabolites in snail(Bellamya aeruginosa), shrimp(Macrobrachium nipponensis)and silver carp(Hypophthalmichthys molitrix)from Lake Taihu,China[J]. Chemosphere,2009,76(7):974-981

[50] Batista T,De Sousa G,Suput J S,et al.Microcystin-LR causes the collapse of actin filaments in primary human hepatocytes[J].Aquatic Toxicology,2003,65(1):85-91

[51] Boua?cha N,Maatouk I,Plessis M J,et al.Genotoxic potential of microcystin-LR and nodularin in vitro in primary cultured rat hepatocytes and in vivo in rat liver[J].Environmental Toxicology,2005,20(3):341-347

[52] He J,Chen J,Wu L Y,et al.Metabolic response to oral microcystin-LR exposure in the rat by NMR-based metabonomic study[J].Journal of Proteome Research,2012, 11:5934-5946

[53] Ueno Y,Nagata S,Tsutsumi T,et al.Detection of microcystins,a blue-green algal hepatotoxin,in drinking water sampled in Haimen and Fusui,endemic areas of primary liver cancer in China,by highly sensitive immunoassay [J].Carcinogenesis,1996,17(6):1317-1321

[54] Carmichael W W.A mini-review of cyanotoxins:Toxins of cyanobacteria(blue-green algae)[C].Proceedings of the 10th International IUPAC Symposium,Mycotoxins and Phycotoxins in Perspective at the Turn of the Millennium,Guaruja,Brazil,2001:495-504

[55] Milutinovic A,Sedmak B,Horvat-Znidarsic I,et al.Renal injuries induced by chronic intoxication with microcystins [J].Cellular&Molecular Biology Letters,2002,7:139-141

[56] Li L,Xie P,Chen J.Biochemical and ultrastructural changes of the liver and kidney of the phytoplanktivorous silver carp feeding naturally on toxicMicrocystisblooms in Taihu Lake,China[J].Toxicon,2007,49:1042-1053

[57] Zhang Z Y,Lian M,Liu Y,et al.Teratosis and damage of viscera induced by microcystin in SD rat fetuses[J].Journal of National Medicine,2002,82(5):345-347

[58] Milutinovic A,Zivin M,Zorc-Pleskovic R,et al.Nephrotoxic effect of chronic administration of microcystins-LR and YR[J].Toxicon,2003,42:281-288

[59] Nobre A C,Colho G R,Coutinho M C M,et al.The role of phospholipase A2 and cyclooxygenase in renal toxicity induced by microcystin-LR[J].Toxicon,2001,3(5):721-724

[60] Trinchet I,Djediat C,Huet H,et al.Pathological modifications following sub-chronic exposure of medaka fish (Oryzias latipes)to microcystin-LR[J].Reproductive Toxicology,2011,32:329-340

[61] Qiao Q,Liu W J,Wu K,et al.Female zebrafish(Daniorerio)are more vulnerable than males tomicrocystin-LR exposure,without exhibiting estrogenic effects[J].Aquatic Toxicology,2013,142:272-282

[62] Hou J,Li L,Xue T,et al.Damage and recovery of the ovary in female zebrafish i.p.-injected with MC-LR[J].A-quatic Toxicology,2014,155:110-118

[63] Li D S,Liu Z T,Cui Y B,et al.Toxicity of cyanobacterial bloom extracts from Taihu Lake on mouse,Mus musculus [J].Ecotoxicology,2011,20:1018-1025

[64] Chen T,Wang Q,Cui J,et al.Induction of apoptosis in mouse liver by microcystin-LR a combined transcriptomic,proteomic,and simulation strategy[J].Molecular& Cellular Proteomics,2005,4(7):958-974

[65] 張占英,連民,劉穎,等.微囊藻毒素LR對胎鼠的致畸和損傷作用[J].中華醫(yī)學雜志,2002,82(5):345-347

Zhang Z M,Lian M,Liu Y,et al.Teratosis and damage of viscera induced by microcystin in SD rat fetuses[J].National Medical Journal of China,2002,82(5):345-347(in Chinese)

[66] Chen L,Zhang X Z,Zhou W S,et al.The interactive effects of cytoskeleton disruption and mitochondria dysfunction lead to reproductive toxicity induced by microcystin-LR[J].PLoS ONE,2013,8(1):e53949

[67] Chen Y,Xu J,Li Y,et al.Decline of sperm quality and testicular function in male mice during chronic low-dose exposure to microcystin-LR[J].Reproductive Toxicology, 2011,31:551-557

[68] Zhao Y Y,Xie L Q,Yan Y J.Microcystin-LR impairs zebrafish reproduction by affecting oogenesis and endocrine system[J].Chemosphere,2015,120:115-122

[69] Oberemm A,Fastner J.Effects of microcystin-LR and cyanobacterial crude extracts on embryo-larval development of zebrafish(Danio rerio)[J].Water Research,1997,31: 2918-2921

[70] Bu Y Z,Li X Y,Zhang B J,et al.Microcystins cause embryonic toxicity in mice[J].Toxicon,2006,48:966-972

[71] Fischer W J,Altheimer S,Cattori V,et al.Organic anion transporting polypeptides expressed in liver and brain mediate uptake of microcystin[J].Toxicology and Applied Pharmacology,2005,203(3):257-263

[72] Zhao S J,Li G Y,Chen J.A proteomic analysis of prenatal transfer of microcystin-LR induced neurotoxicity in rat offspring[J].Journal of Proteomics,2015,114:197-213

[73] Li G Y,Yan W,Cai F,et al.Spatial learning and memory impairment and pathological change in rats induced by acute exposure to microcystin-LR[J].Environmental Toxicology,2014,29:261-268

[74] Cazenave J,Nores M L,Miceli M,et al.Changes in the swimming activity and the glutathione S-transferase activity ofJenynsia multidentatafed with microcystin-RR[J]. Water Research,2008,42:1299-1307

[75] Ju J J,Ruan Q L,Li X B,et al.Neurotoxicological evaluation of microcystin-LR exposure at environmental relevant concentrations on nematodeCaenorhabditis elegans [J].Environmental Science and Pollution Research,2013, 20:1823-1830

[76] Li X B,Zhang X,Ju J,et al.Alterations in neurobehaviors and inflammation in hippocampus of rats induced by oral administration of microcystin-LR[J].Environmental Science and Pollution Research,2014,21:12419-12425

[77] Meng G M,Sun Y,Fu W Y,et al.Microcystin-LR induces cytoskeleton system reorganization through hyperphosphorylation of tau and HSP27 via PP2A inhibition and subsequent activation of the p38 MAPK signaling pathway in neuroendocrine(PC12)cells[J].Toxicology, 2011,290:218-229

[78] Wang J H,Lin F K,Cai F,et al.Microcystin-LR inhibited hippocampal long-term potential via regulation of the glycogen synthase kinase-3 beta pathway[J].Chemosphere, 2013,93:223-229

[79] Li G Y,Yan W,Dang Y,et al.The role of calcineurin signaling in microcystin-LR triggered neuronal toxicity[J]. Scientific Reports,2015,5:11271

[80] 謝平.水生動物體內的微囊藻毒素及其對人類健康的潛在威脅[M].北京:科學出版社,2006

[81] 王紅兵,朱惠剛.我國若干湖泊中藍藻毒素的遺傳毒性研究[J].中國公共衛(wèi)生學報,1995,14:339-341

Wang H B,Zhu H G.Study on genotoxicity of microcystins extracted from several freshwater lakes in China [J].Chinese Journal of Public Health,1995,14:339-341 (in Chinese)

[82] Zhan L,Sakamoto H,Sakuraba M,et al.Genotoxicity of microcystin-LR in human lymphoblastoid TK6 cells[J]. Mutation Research,2004,557:1-6

[83] Shen P P,Zhao S W,Zheng W J.Effects of cyanobacteria bloom extract on some parameters of immune function in mice[J].Toxicology Letters,2003,143:27-36

[84] Chen T,Zhao X Y,Liu Y.Analysis of immunomodulating nitric oxide,iNOS and cytokines mRNA in mouse macrophages induced by microcystin-LR[J].Toxicology,2004, 197:67-77

[85] Shi Q,Cui J,Zhang J.Expression modulation of multiple cytokines in vivo by cyanobacteria blooms extract from Taihu Lake,China[J].Toxicon,2004,44:871-879

[86] Yea S S,Kim H M,Oh H M.Microcystin-induced downregulation of lymphocyte functions through reduced IL-2 mRNA stability[J].Toxicology Letters,2001,122:21-31

[87] 孫露,沈萍萍,周瑩,等.太湖水華微囊藻毒素對小鼠免疫功能的影響[J].中國藥理學與毒理學雜志,2002, 16:226-230

Sun L,Shen P P,Zhou Y,et al.Effects of Tai Lake bloom microcystins on immune function of mice[J].Chinese Journal of Pharmacology and Toxicology,2002,16:226-230(in Chinese)

[88] Hagenbuch B,Meier P J.Organic anion transporting polypeptides of the OATP/SLC21 family:Phylogenetic classification as OATP/SLCO super family,new nomenclature and molecular/functional properties[J].Pflugers Archive-European Journal of Physiology,2004,447:653-665

[89] Fischer W J,Altheimer S.Organic anion transporting polypeptides expressed in liver and brain mediate uptake of microcystin[J].Toxicology and Applied Pharmacology, 2005,203:257-263

[90] Franke R M,Scherkenbach L A,Sparreboom A.Pharmacogenetics of the organic anion transporting polypeptide 1A2[J].Pharmacogenomics,2009,10:339-344

[91] Kalliokoski A,Niemi M.Impact of OATP transporters on pharmacokinetics[J].British Journal of Pharmacology, 2009,158:693-705

[92] Ioannis S,Demosthenes F,Katerina V,et al.Cyanobacterial cyclopeptides as lead compounds to novel targeted cancer drugs[J].Marine Drugs,2010,8:629-657

[93] Qiu T,Xie P.The profound effects of microcystin on cardiac antioxidant enzymes,mitochondrial function and cardiac toxicity in rat[J].Toxicology,2009,257:86-94

[94] Liu Y,Xie P.Microcystin extracts induce ultrastructural damage and biochemical disturbance in male rabbit testis [J].Environmental Toxicology,2010,25:9-17

[95] Craig M,Luu H A,Mccready T L,et al.Molecular mechanisms underlying the interaction of motuporin and microcystins with type-1 and type-2A protein phosphatases [J].Biochemistry and Cell Biology-Biochimie et Biologie Cellulaire,1996,74(4):569-578

[96] Lankoff A,Bialczyk J,Dziga D.Inhibition of nucleotide excision repair(NER)by microcystin-LR in CHO-K1 cells[J].Toxicon,2006,48:957-965

[97] Douglas P,Moorhead G B,Ye R.Protein phosphatases regulate DNA dependent protein kinase activity[J].Journal of Biological Chemistry,2001,276:18992-18998

[98] Shota T,Masaharu K,Tatsuhiko F,et al.p53 plays an important role in cell fate determination after exposure to microcystin-LR[J].Environmental Health Perspectives, 2010,118:1292-1298

[99] Tar K,Csortos C,Czikora I,et al.Role of protein phosphatase 2A in the regulation of endothelial cell cytoskeleton structure[J].Journal of Cell Biochemistry,2006,98 (4):931-953

[100] Daily A,Monks N R,Leggas M,et al.Abrogation of microcystin cytotoxicity by MAP kinase inhibitors and N-acetyl cysteine is confounded by OATPIB1 uptake activity inhibition[J].Toxicon,2009,55:1-11

[101] Fu W Y,Chen J P,Wang X M,et al.Altered expression of p53,Bcl-2 and Bax induced by microcystin-LR in vivo and in vitro[J].Toxicon,2005,46:171-177

[102] Krakstad C,Herfindal L,Gjertsen B T,et al.CaMkinaseII-dependent commitment to microcystin-induced apoptosis is coupled to cell budding,but not to shrinkage or chromatin hypercondensation[J].Cell Death Differentiation,2006,13:1191-1202

[103] Solstad T,Fladmark K E.Algal toxins as guidance to identify phosphoproteins with key roles in apoptotic cell death[J].Current Pharmaceutical Biotechnology,2006,7 (3):209-215

[104] Packer J E.Oxidative Stress,Antioxidants,Aging and Disease[M]//Gulter R G,Packer L B,Eratum J,et al. eds.Oxidtive Stress and Aging.Birkhauser Verlag,1995: 152-163

[105] Moreno I,Pichardo S,Jos A,et al.Antioxidant enzyme activity and lipid peroxidation in liver and kidney of rats exposed to microcystin-LR administered intraperitoneally [J].Toxicon,2005,45(4):395-402

[106] McDermott C M,Nho C W,Howard W,et al.The cyanobacterial toxin,microcystin-LR can induce apoptosis in a variety of cell types[J].Toxicon,1998,36:1981-1996

[107] Chen J,Xie P.Tissue distributions and seasonal dynamics of the hepatotoxic microcystins-LR and-RR in two freshwater shrimps,Palaemon modestusandMacrobrachium nipponensis,from a large shallow,eutrophic lake of the subtropical China[J].Toxicon,2005,45:615-625

[108] Zegura B,Sedmak B,Filipic M.Microcystin-LR induces oxidative DNA damage in human hepatoma cell line HepG2[J].Toxicon,2003,41(1):41-48

[109] Repavich W M,Sonzogni W C,Standridge J H.Cyanobacteria(blue-green algae)in Wisconsin waters:Acute and chronic toxicity[J].Water Research,1990,24(2): 225-231

[110] Lankoff A,Krzowski L,Glabet L.DNA damage and repair in human peripheral blood lymphocytes following treatment with microcystin-LR[J].Mutation Research, GeneticToxicologyandEnvironmentalMutagenesis, 2004,559(1/2):131-142

[111] Lankoff A,Bialczyk J,Dziga D.Inhibition of nucleotide excision repair(NER)by microcystin-LR in CHO-K1 cells[J].Toxicon,2006,48(8):957-965◆

Environmental Exposure，Toxicity and Toxic Mechanism of Microcystins：A Review

Guo Xiaochun1,Lu Shaoyong1,*,Xie Ping2,Chen Jun2,Liu Xiaohui3

1.Observation and Research Station for Lake Dongtinghu(SEPSORSLD),Research Centre of Lake Environment,State Environmental Protection Key Laboratory for Lake Pollution Control,State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China
2.Donghu Experimental Station of Lake Ecosystems,Institute of Hydrobiology,Chinese Academy of Sciences,Wuhan 430072,China
3.Institute of Geography and Environment,Shandong Normal University,Jinan 250014,China

13 October 2015 accepted 5 February 2016

Microcystins(MCs),which is the most popular algae toxins generated by the explosive propagation of Cyanobacteriain the eutrophic fresh water,have caused worldwide concerns for their great toxicity,widespread distribution and structural stability.This review summarized the recent development of pollution status of MCs and their representative toxicity and toxic mechanism.In addition,the suggestions were put forward for present studies, in order to provide the basis for effectively reducing the potential security risks and studying deeply the ecotoxicological effects of microcystins.

microcystins;environmental exposure;toxic effects;toxic mechanism

2015-10-13 錄用日期：2016-02-05

1673-5897（2016）3-061-11

X171.5

A

10.7524/AJE.1673-5897.20151013002

簡介：盧少勇(1976-)，男，環(huán)境科學博士，研究員，主要研究方向湖泊生態(tài)修復與污染防治，發(fā)表學術論文140余篇。

科技基礎性工作專項重點項目(2015FY110900)；國家水體污染控制與治理重大專項(2013ZX07101-014,2012ZX07105-002)

國曉春(1987-)，女，理學博士，研究方向為淡水生態(tài)毒理學，E-mail:guoxiaochun419@163.com

*通訊作者（Corresponding author），E-mail:lusy@craes.org.cn