景傑學術| 報導
砷（As）和它的化合物是常見的環境汙染物，砷可以在土壤中積累並由此進入農作物的組織之中，進而威脅人類的健康。據報導，全球至少有5000多萬人口正面臨著地方性砷中毒的威脅，而中國正是受砷中毒危害最為嚴重的國家之一。我國砷汙染（Arsenic pollution）土壤主要以中輕度汙染為主，但以往的研究大多關注高濃度砷汙染的毒性，而對接近實際環境條件的低濃度砷汙染土壤的生態毒性研究相對缺乏。
近日，中國科學院南京土壤研究所王興祥課題組近日在環境科學權威期刊Journal of Hazardous Materials（IF=9.038）上發表最新研究成果，運用代謝組學、蛋白組學方法與常規的病理組織分析相結合，比較低濃度砷汙染土壤和正常土壤中的蚯蚓，揭示了低濃度砷汙染土壤的潛在毒性，為土壤重金屬生態毒性研究提供了新思路。
研究人員選擇低濃度砷汙染紅壤（As=53.9 mg/kg）作為暴露介質, 以低於土壤汙染風險篩選值的紅壤（As=16.1 mg/kg）為對照。暴露培養14天後，赤子愛勝蚓（Eisenia fetida）的體重和存活率無顯著性差異，這說明低濃度砷汙染土壤對赤子愛勝蚓的個體水平沒有毒害效應。然而，病理組織切片分析與砷含量測試結果表明，低濃度砷汙染處理後的蚯蚓後腸富集高濃度砷（高達131 mg/kg），對腸道上皮細胞、黃色細胞和體腔組織造成不同程度的損傷。
研究的技術路線圖
以往研究表明。砷可降低過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性，然而對其蛋白質水平全景式的毒性作用機制知之甚少。因此，研究人員運用TMT標記的蛋白組學定量方法結合代謝組學展開進一步研究。研究共定量到5457個蛋白，樹狀聚類法顯示砷處理誘導了29個上調和29個下調的差異表達蛋白，調控滲透代謝的可溶性鈣綁定蛋白、抑制蛋白、鈉/鉀轉運ATP酶等以及參與免疫功能的甘氨酸-tRNA連接酶顯著變化。代謝組學分析結果顯示，參與滲透代謝的甜菜鹼、肌醇和二甲基甘氨酸等代謝物顯著改變。結果證實了低濃度砷汙染土壤嚴重幹擾了蚯蚓的滲透平衡代謝和免疫系統。
低濃度砷汙染土壤誘導蚯蚓毒性的蛋白質組學分析
近年來，蛋白質組學技術已廣泛應用於醫學、農林學、食品和環境等研究，在汙染物毒性研究中也表現出潛在的應用前景。該研究運用代謝組學、蛋白組學方法開展蚯蚓生態毒性響應研究，揭示了低濃度砷汙染毒性的潛在機制：擾亂了蚯蚓的滲透平衡代謝和免疫系統，同時也從新的視角，擴展了我們對蚯蚓的生態毒性響應的認識。
參考文獻
1. RongguiTang,et al., 2020, A new perspective on the toxicity of arsenic-contaminated soil: Tandem mass tag proteomics and metabolomics in earthworms.Journal of Hazardous Materials.