(文献解读:刘璐)MicroRNAs介导硬骨鱼类的环境应激反应和毒性症状

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导读

关于全球气候变化和环境污染物对人类和动物福利危害和健康影响的全球意识正在提高。众所周知，硬骨鱼对人类活动和周围环境变化引起的危害高度敏感，它们通常用作水生环境中的生物监测物种。转录组学分析最近被广泛用于确定环境压力下硬骨鱼的生理活动和分子生物学改变之间的关系。MicroRNAs（miRNAs）是高度保守的非编码小RNA分子，通过基因表达的转录后组织，积极参与各种生物活性的增加。这些分子通路的发现将有助于更好地了解解毒过程、对疾病爆发的抵抗力和生态压力，并为预测环境污染物的风险提供重要工具。在当前的文章中，我们总结了miRNA对几种环境压力因素（冷热、缺氧、盐度、污染物和疾病）的调节作用。此外，我们对主要发现进行了全面的横向总结，并讨论了水产养殖中miRNA操作的最新应用策略，并强调了未来的研究方向。

l miRNA在暴露于各种环境压力的鱼类中发挥着至关重要的作用。

l miRNA在硬骨鱼中显示出多种特性，如抗应激、抗炎和肌肉维持。

l miRNA对环境压力的相关反应促进了鱼类的适应。

l miRNA对环境压力的反应可用于预测环境污染物的风险。

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文章信息

标题：MicroRNAs mediated environmental stress responses and toxicity signs in teleost fish species

期刊：Aquaculture

第一作者：Sayed Haidar AbbasRaza；通讯作者：LinsenZan

单位：College of Animal Science and Technology, Northwest A&F University, Yangling 712100, China

First published：15 January 2022

DOI：10.1016/j.aquaculture.2021.737310

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前言

水产养殖是保障全球消费者建立营养需求的重要食品供应部门之一。在集约化养殖系统中，鱼类暴露于多种压力源，如营养、水文、热、毒性、化学和生物压力源、高放养率、流行病和受污染的饮食。压力抑制是由循环、免疫调节、内分泌和神经系统等众多生物生态系统监控的多部分过程。随着鱼类对压力的反驳，一系列神经和神经内分泌反应以及物理生化的改变开始进化，以减轻对压力的适应。尽管压力反应对于控制非生物和生物压力至关重要，在某些情况下，特别是慢性压力，它可能会损害生物体的健康和福利。将鱼暴露于多种环境压力源可以改变目标组织中的微核糖核酸 (miRNA) 表达及分布，进一步促进免疫反应。因此，许多文献表明miRNA可能是沙丁鱼( S. pilchardus )、海洋青鳉和一些双壳类物种应激反应的关键介质。

MicroRNA 是长度接近22个核苷酸的非编码内源性RNA分子，几乎调节大多数生物活性。通过促进信使RNA (mRNA)的翻译，miRNA机制是转录后和转录水平基因丰度的重要协调。miRNA被快速修改以抑制外源性或内源性改变。根据文献，压力产生的miRNA表达变化可以是区域特异性的，暴露于不同的压力会影响神经内分泌和免疫反应以及物理生化修饰。

一份关于大西洋鳕鱼 (G.morhua) 的报告表明，miRNA是繁殖温度的新环境标志物：与炎症 (miR-21) 和压力 (miR-155) 相关的miRNA在9°C饲养的鱼中增加；但在4°C饲养的鱼中，与生长相关的miRNA-206水平增加。此外，Blödorn等人确定miR-9-3p、miR-135c、miR-9-5p、miR-30b、miR-122和miR-92a-3p可能靶向葡萄糖和脂质代谢中的重要酶，调节冷适应。此外，FoxO信号和昼夜节律循环最有可能与耐热性有关硬骨鱼类物种的机制。提到miRNAs和它们的基因靶点具有相似的作用并且在物种内是保守的，但是它们在不同种类的鱼之间的作用肯定是不相同的。小miRNA是某些动物独有的，这一点至关重要。无脊椎动物和脊椎动物miRNA之间的安静保守性减缓了无脊椎动物物种miRNA探索的进化和发展。已经为甲壳类动物探索了几种保存下来的miRNA，尤其是那些与压力和渗透反应有关的miRNA。尽管许多不同类型的miRNA仍在各种鱼类中进行研究，但已经证实miRNA对环境压力的反应会遗传给后代。在鱼类和其他动物中，目前正在进行研究以解释和发现调节生理事件的miRNA。这将允许识别和检测参与一些生理操作的不同途径，例如，miRNA的let-7家族在无脊椎动物和脊椎动物中表现出较高的保存性。此外，在紫贻贝中已经提到了mRNA和miRNA的网络，这表明升高的保留 miRNA和miR-100 let-7家族在不同的代谢途径中分担责任。此外，在陆生蜗牛中，发现激活响应的microRNAs通过调节低代谢状态下的长期活力与活细胞生物活性的保存有关。chk-miR-3205等多种miRNA参与调控渗透胁迫，bmo-miR-281-5p和new-miR-53等热胁迫，重金属污染例如miR-10,012、miR-122、newmiR6和miR-193a-3p、miR145a、miR-27a-5p和miR-2353和miR-2788b用于两种牡蛎盐度反应。这些miRNA被包含在组织细胞存活机制中，这些机制建立了肌肉维持、肿瘤破坏和抗细胞凋亡反应。mi-RNA的抗炎、抗细胞凋亡、抗肿瘤和肌肉维持特性如图1所示。此外，miR-2的上调被称为无脊椎动物在严格的环境条件下对细胞焦虑的保留反应。最近，用于早期临床分析的RNA筛选和描述引起了哺乳动物的高度兴趣。MiRNA共享许多基本生理机制，如组织分化和发育、组织修复和细胞增殖。此外，miRNA在环境信号的反应和发展中具有重要作用。这篇综述揭示了暴露于不同类型环境胁迫的鱼类中miRNAs的重要功能，例如热胁迫或冷胁迫、渗透胁迫、盐度变化、除草剂、重金属污染、缺氧，以及这些分子如何调节压力——鱼类的反应性适应。

图1 mi-RNA的抗炎、抗凋亡、抗肿瘤和肌肉维持活性

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MicroRNAs检测分析方法

在生物学上，RNA聚合酶II或III作为Pri-mRNA产生的miRNA的转录过程可能会因帽结构和聚腺苷酸化而改变。在细胞核中发现通过Drosha复合体，其裁剪成的miRNA发夹形前体miRNA。靶miRNA序列的合成可以通过DNA合成、RNA合成或DNA和RNA合成的结合进行扩增。由于这些先前的问题，可以使用多种技术检测 miRNA 表达水平，包括微阵列分析、实时PCR、Northern印迹、原位杂交和溶液杂交。最灵敏和最可靠的方法是定量逆转录PCR (qRT-PCR)。当起始材料是 RNA 时，使用定量逆转录 PCR (RT-qPCR)。在该方法中，RNA首先通过逆转录酶从总RNA或信使RNA (mRNA)转录成互补DNA (cDNA)。然后将cDNA用作qPCR反应的模板。最近，中国科学家成功开发了Illumina HiSeq X-10高通量测序技术和生物信息学评估，以检测日本对虾中热应激反应的宿主miRNA。最近，阿里亚斯-佩雷斯等人表明，计算机方法可用于识别塞内加尔鲥 (S. senegalensis) 文库数据中的潜在miRNA及其靶基因。不管与这些方法相关的技术困难如何，在细胞内和细胞外测量这些分子不仅在miRNA的基础生物学研究中具有广泛的意义，而且在它们作为鱼类生理学和疾病的重要生物标志物的量化和分类中具有广泛的意义。

 

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胁迫期间的MicroRNAs调节

1. 盐度胁迫

盐度是潮间带环境，也是影响海参发育、生存和分配的主要非生物问题。盐度的变化涉及水生生物的细胞稳态，可能会破坏细胞膜和蛋白质，引发氧化应激，并刺激基因转录的级联反应。鳃是环境适应性的重要组织，主要通过渗透压变化。它们代表了鱼的细胞质和外部环境或血淋巴之间的核心边界。发现在低盐度条件下在鳃中诱导了miRNA表达的调节。在牡蛎中检测到六个表达的miRNA，而三个microRNAs被上调（scaffold43364_10952、cgi-miR-1984和cgi-miR-92），三个microRNAs被下调（cgi-miR-2353、cgi-miR-184- 3p和cgi-miR-183)。几种类型的 miRNA已靶向涉及多种生物学途径的基因，例如细胞因子运动、细胞内信号转导、基于微管的过程以及嘌呤核苷的代谢和分解代谢途径。chk-miR-2353 似乎靶向 cAMP 响应元件结合蛋白样 2 (CREBL2) 和含 ATP 掌握域的蛋白 1 (ATPGD1) 基因。因此，ATPGD1催化β-丙氨酸降解，支持低渗透压力条件下的渗透稳态。此外，有人建议chk-miR-3205在渗透压反应过程中促进几种与鱼的渗透胁迫有关的基因，如 von Willebrand因子D、潮霉素磷酸转移酶EGF域蛋白 (VWDE) 和复制因子A蛋白1 (RFP1) 基因。此外，发现RFP1基因在双壳类物种的应激反应和凋亡途径下上调的含义，而VWDE基因与免疫和压力有关。总的来说，这些特征允许不同的鱼类通过调节细胞体积和改变细胞内渗透物水平来适应渗透改变。

Chen等人进行的研究表明可以调节几种特定的miRNA以响应盐度问题。例如，低盐度诱导三疣梭子蟹中的let-7c下调和miR-276b-3p上调。Let-7c在暴露于氧化应激下组织自噬和脂肪间充质干细胞的骨分化和增殖，并通过靶向HSP70，介导温变性真皮成纤维细胞的迁移和增殖。不同的特定的miRNA告知要定位的在胆固醇的生物合成和脂肪酸延长执行关键部分的多个基因（即，细胞色素b5还原酶，去饱和，并且催化活性氧物质（ROS）为氧或H₂O₂。这些转录物介导的miRNAs使鱼类能够调节鳃膜的通透性以进行气体交换，从而保持血淋巴渗透调节。此外，在低水盐度的三疣梭子蟹的鳃中, miR-2788b 是最高的可观 miRNA 和 S-腺苷甲硫氨酸合成酶 (SAM) 的唯一可能的组织 miRNA。SAM酶可以催化ATP和甲硫氨酸形成S-腺苷甲硫氨酸，是植物对盐分胁迫的主要适应反应。总的来说，鳃的miRNA表达有助于适应机制和对不同环境压力的反应。随着全球盐度水的增加，有兴趣获得或探索更全面地了解盐度对鱼类分子机制的影响，以用于涵盖世界蛋白质消费的遗传选择计划。

2. 冷应激

另一方面，miRNA 介导的基因组织可能仅在鱼类脑组织冷应激下的热适应中起很小的作用。先前的基因组研究已经在鱼类幼虫和成鱼中鉴定出许多受冷影响的基因，但 miRNA 在急性冷反应中的功能仍然未知。细胞倾向于修复或重新编程它们的转录组以响应压力，以减轻由 miRNA 介导的改变。上述信息证明 miRNA 可能在调节冷应激中发挥作用。而杨等人先前调查了冷驯化导致成年斑马鱼大脑中某些 miRNA 分布的改变，并且这些 miRNA 与受影响基因的相关性较弱。可能会得出这样的结论，即miRNA在冷胁迫下介导转录组可塑性中的作用很小。此外，Hung 等人发现生成的 miRNA 预测了与冷诱导生物过程有关的靶基因，例如黑色素生成、GnRH 信号通路和昼夜节律。基于 miRNAs 差异表达分布，表明氧化还原酶活力是分子功能基因本体分类中最关键的模式，而胰高血糖素信号通路是最大增强的 KEGG 通路。一般来说，为了提供理解鱼类耐寒机制的调控复杂性的主要数据，需要进一步的探索。

3. 热应激

全球气候的变化增加了河口和海水养殖的影响。随着全球气温升高，与热相关的应激已成为动物生产中的一个严重问题。另一方面，高水温是主要的关键问题，因为它明显抑制了鱼类的免疫调节和抗氧化能力。热应激是变温动物的普遍环境问题。温带鱼类比热带或冷水鱼类更可能耐受较宽的温度范围。大多数鱼类比等量的温度升高更能耐受水温的大幅下降。温度每升高10 °C，生物活性就会加倍。此外，在高环境温度下，氨的毒性升高，水中溶解氧饱和度降低，导致缺氧胁迫。在使用高通量测序虹鳟鱼，黄等人发现与对照（18°C）相比，在暴露于热应激（24°C）后检测到热响应性miRNA的表达。结果检测到8种miRNA（let-7c、let-7b、miR-301a、miR-145、miR-93a、miR-301d、miR-20a 和 miR-106a）的下调和靶基因（HSP90BA、PDIA3 、HSP40、HSP90BB、HSP47B、HSP47A 和 IRF7)，表明蛋白质折叠和解折叠可能受热应激的影响。内分泌模式和免疫系统之间的联系可能是在压力条件下介导的，Lee等人报道了这一点。赵等人发现miR-301a在炎症、细胞凋亡、分化和发病机制中具有调节作用；然而，它在鱼类中的作用仍不清楚。对于let-7b/c，有人提到它们可能包含在对高温的反应中，并且在调节鱼的热适应性方面具有关键作用。

mi-RNA与疾病和生化调节的作用如图2所示。MiR-155主要伴随癌症、炎症和心血管疾病，并参与重要信号通路和靶点的分子改变。由miR-155合成引起的硬骨鱼营养骨骼器官形态分化信号的变化已被证明对幼虫阶段的内脏颅骨骨骼形态发生很重要。最近，miR-33a是一种 miRNA，位于动物SREBP基因的内含子序列内。达瓦洛斯等人发现 miR-33a组织了脂肪酸和胆固醇代谢并抑制了人类的心脏肿瘤。张等人证明了miR-33a C 18 PUFA 前体生物合成长链多不饱和脂肪酸 (LC-PUFA) 的能力。然而，一项研究表明 miR-33a 调节虹鳟鱼的胰岛素通路。最近，miR-454、miR-130a 和 miR-489 被认为是与肿瘤相关的 miRNA（例如，卵巢癌细胞系和乳腺癌），它们可能是疾病发病机制中的关键分子。在日本囊对虾总共提到 15 种 miRNA，包含 2 种新 miRNA 和 13 种已知 miRNA在热应激下在鳃或肝胰腺中差异表达，其中几乎所有不同表达的 miRNA 都被下调。郑等人记录的令人兴奋的结果，反映没有预期 tca-miR-2788-3p、fru-miR-7 aae-和 miR-281-5p 的靶基因，这可能是因为日本囊对虾的基因组证据有限。

图2 mi-RNA与疾病和生化调节的作用

此外，两个抗应激反应基因，即HSP60和Trx，分别有可能被new-miR-53和bmo-miR-281-5p靶向。Trx在硫氧还蛋白系统中具有关键作用，该系统保持细胞氧化还原的稳态并防止氧化应激。HSP60是一种分子伴侣，在蛋白质折叠系统和对不同非生物应激源的反应中具有重要作用。

关于HSP60和Trx的抗应激作用，new-miR-53和bmo-miR-281-5p可能作为热应激适应反应的重要组织者。热应激下新的miR-53和bmo-miR-281-5p的表达降低可能使HSP60和Trx的转录物从抑制中解体并增强其翻译，这有利于缓解热应激造成的恶化。，2018 年）。

暴露于热应激（24°C）条件下的养殖罗非鱼表现出 37 种 miRNAs 下调，41 种 miRNAs在肾脏样本中上调。此外，检测到 4 种 miRNA 的丰度因暴露于高水温而显著增加（P < 0.01），包括 ssa-miR-499a-5p、ssa-miR-7132a-3p、ssa-miR-7132b-5p和 ssa-miR-458-3p，而两种类型的 miRNA；ssa-miR-458-3p 和 ssa-miR-7132b-5p 在热应激鲤鱼中被下调( Ma et al., 2018 )。在印度鲥和南亚野鲮，miR-7132b 高度表达，并与免疫作用中的几个转录特征有关。其他结果揭示了宿主 miRNA 的重要性（特别是 aae-miR-281-5p、hme-miR-2788-3p、cin-miR-7-5p、mse-miR-281、bmo-miR-281-5p、cte -miR-281、tca-miR-2788-3p 和new-miR-41）在虾热应激-宿主相互作用中的作用。它们增加了我们对免疫反应机制和 miRNA 介导的鱼类热应激组织的了解。

4. 重金属毒性

重金属可能会进入鱼体内并通过血液转移到消化道、皮肤和鳃中。暴露于不同种类的重金属会提高鱼类对压力的敏感性，从而增强免疫抗炎反应。砷污染是人类居民的主要社区健康问题，并与对心脏、生殖、发育、呼吸、代谢、免疫和多种癌症的不利影响有关。对动物的研究还发现，降低砷水平会刺激与其他生态问题的协同毒性，如渗透压力、病毒和细菌疾病。鳉鱼（F. heteroclitus）曝光至100μg/ L的总砷，导致升高的死亡率转移到盐水后，并显示miR-146a、miR-22A-1、miR-203A-2的表达更高，而在鳃中miR-22a-2、miR-30e-2、miR-203a-1、miR-21-1、miR-21-2和miR-30e-1的表达更高。这些表达升高的miRNA 占 miRNA 总数的 50% 以上。此外，据记载，在暴露于砷污染的大西洋鳉鱼鳃中，miR-10,012 是表达量最高的miRNA，其次是miR-10,003，然后是miR-10,016。像 miR-146a 这样的几种 miRNA 可能会避免过度的组织损伤并始终如一地组织应激反应mRNA。例如，miR-146a 受 NF-kB 刺激，并通过靶向 NF-kB 激活中包含的分子在负反馈回路中介导。在鳉鱼鳃中，砷暴露会增加 miR-135b 的表达。通过识别潜在靶标的 mRNA 丰度的显著变化，他们将潜在的靶向关联修改为那些证明对基因信号系统有生物学影响的关联。

镉 (Cd) 是一种重要的环境污染物，因为它对水生动物和鱼类具有很高的毒性。以往的研究表明，镉暴露可能导致氧化应激升高，降低抗氧化能力（和生长性能，以及微生物群组成的显著变化，导致鱼类受损。

此外，刘等人表明 miR-193a-3p、new-miR6 和 miR-122 的表达水平被下调。同时，鲤鱼在暴露于 Cd (0.275 mg L -1 ) 30 天后上调 miR-27a-5p 。在成骨细胞分化过程中，Huang 等人报道miR-193a-3p 被下调，刺激胃癌细胞的增殖和 MCL1 的转录。miR-27a-5p、miR-193a-3p 和 miR-122 等类型的 miRNA 在抑制炎症反应和抗炎作用方面具有重要的调节作用。然而，new-miR6 的可能部分一直不明确。暴露于镉的鱼表现出凋亡相关基因 BAD、BAX、BAK、CASPASE9 和 PIDD1 的显著增加，并显著降低 BCL2 的表达。

在鲤鱼的肾脏中，Li 等人报道，0.5 mg L -1 Cd ²⁺显著降低酸性磷酸酶(ACP) 和碱性磷酸酶(AKP) 的水平。此外，暴露于 Cd 的鱼表现出核因子 kappa B (NF-κB)、白细胞介素(IL)-1β、IL-8、肿瘤坏死因子-α (TNF-α) 和 Toll 样受体 4的表达上调(TLR-4) 以及 IL-10 和血红素加氧酶-1 (HO-1) 的下调。据报道，Cd 可能导致 miR-181a 和 miR-155 丰度的上调。MiR-181a 在组织炎症反应中具有关键作用。该 miRNA 通过直接靶向 IL-1a 的 3'-UTR 来组织炎症反应，并降低 Raw 264.7 细胞中 IL-1a 含量的表达。TLR-4激活后细胞中miR-181a表达显著升高，然后调节TLR-4增加小胶质细胞中miR-181a的表达。在鲤鱼的肾脏中，Li 等人揭示暴露于 Cd 后 miR-181a 和 miR-155 的表达显着升高，表明 miR-181a 和 miR-155 包含在对 Cd 的免疫反应中。还检测到 miR-155 表达的增加伴随着炎症细胞因子如 IL-8、IL-6 和 IL-1β 的升高。在鲤鱼的肾脏中，Li 等人。暗示 miR-181a 和 miR-155 旨在 HO-1 和 IL-10 组织对 Cd 的免疫反应。

5. 缺氧

缺氧是一个国际环境问题，对水生生态系统有显著影响，包括自然鱼类种群的可持续性。缺氧已成为水生栖息地日益严重和普遍的环境问题，在国际上造成极端的栖息地破坏和水生生态系统的主要改变。对不同鱼类的不利影响包括生长性能下降、发育迟缓、生殖障碍、行为改变和导致死亡。表 2显示缺氧或其他空气压力对几种鱼类的影响，因为它们与 miRNA 表达有关。在哺乳动物中，miRNA在精子发生和睾丸发育中具有重要作用，其失调可能导致雄性不育。实验室和实地调查都表明，缺氧会影响沿脑-垂体-性腺轴的特定基因，扰乱性激素的产生和平衡，并导致许多鱼类的生殖障碍和性别改变。值得注意的是，某些类型的miRNA已被记录为受缺氧反应的影响，并且在一些海洋鱼类，如鳉鱼（Oryzias melastigma）中发现了许多性腺特异性 miRNAs。此外，还检测到缺氧刺激下的miR-210、miR-9和miR-181b在鱼类卵巢的类固醇生成和细胞凋亡中具有重要作用。在早期的工作中，谢等人利用miRNA测序方法。他们试图解释 miRNA 的功能及其在青鳉睾丸缺氧的跨代结果中的合理部分。他们检测到 9 种 miRNA 显著上调，5 种 miRNA 通过缺氧暴露下调。此外，生物信息学筛选表明，在缺氧响应 miRNA 靶向的 2885 个基因中，有几个基因与细胞周期、应激反应、糖代谢、表观遗传变化和细胞运动密切相关。此外，转录组信息和靶基因预后结果的综合检查显示，分别有 65 个基因和 108 个基因被下调和上调。

其中组蛋白甲基转移酶是由缺氧引起的跨代生殖障碍的表观遗传调节剂，已检测到针对miR-125-5p。此外，缺氧通过组织 mRNA 和 miRNA，如单羧酸转运蛋白(MCT) 和缺氧诱导因子 1 (HIF-1) 来诱导有氧糖酵解。HIF-1 是通过促进相关基因表达来组织乳酸和葡萄糖代谢的主要信号通路的一部分。据报道，在急性缺氧期间，鱼的肌肉组织会从有氧状态转变为无氧状态，从而为肌肉提供能量。此外，miRNA 转录本可以作为一个反馈系统来组织乳酸转运以应对缺氧压力。该研究新颖性检测到 miR-124 通过瞄准其 3'-UTR 直接组织 mct1，并且肌肉中 mct1 和 miR-124 之间存在负相关。在大口黑鲈暴露于三种不同溶解氧水平（7.0 ± 0.2 mg L -1作为对照，3.0 ± 0.2 mg L -1和 1.2 ± 0.2 mg L -1) 24 小时，他们检测到了 13 种表达的 miRNA（miR-30a-3p、miR-15b-5p、miR-19d-5p、miR-133a-3p、miR456、miR-96-5p、miR-1288-3p、miR-23b- 5p、miR-23a-3p、miR-24、miR-214、miR-2188-5p 和 miR-20a-3p）在 MAPK 信号通路、VEGF信号通路和磷脂酰肌醇信号系统中得到显著强化。许多靶基因显著上调，并在暴露于缺氧样pla2g4a、vegfa、pik3c2a、raf1a、inpp1、clam2a、mtmr14、pi4k2b、itpkca、ip6k、map3k7 和 Jun 4 小时后观察到。此外，检测到两种可能的缺氧耐受信号转导途径（磷脂酰肌醇信号系统和 MAPK 信号通路）。这些miRNA的具体作用尚不明确，必须进行更多的研究来研究这些持续的减少，以了解增强恢复稳态的机制。

6. 渗透压

渗透性休克或渗透压力是由跨细胞的溶剂浓度突然变化引起的生理功能障碍，导致通过细胞膜的水流发生快速变。在它们的水环境中，鱼会受到各种渗透压的影响，并且它们对这些盐度变化的反应趋势也各不相同。鱼类对盐分胁迫的适应性和适应性反应依赖于有效的渗透传感和渗透胁迫信号通路。因此，广盐性鱼类能够在盐水条件下坚持极端渗透张力。同时，广盐性鱼类产生了新的生理反应缓解与环境盐度波动相关的渗透压力。渗透胁迫并没有使鳃中表达最高的 miRNA 失活，而是诱导了 miR-135b 的显著升高。值得注意的是，Yan等人表明 miR-429 在罗非鱼中在渗透胁迫下被下调，与 OSTF1 蛋白上调一致。miR-429 通过靶向其 3'-UTR 直接调节 OSTF1 表达，抑制 miR-429 水平与较高水平的 OSTF1 显著相关。此外，miR-429 的功能丧失可能会影响血浆渗透压的调节和离子浓度对渗透压的反应。MiR-135b 通过适应盐度而升高，在不同类型的癌症中增加表达，并通过靶向 FIH（HIF-1α 和 NR3C2（盐皮质激素受体）的调节剂）在人类细胞中产生促血管生成特性。通过寻找像 FIH 这样的负调节因子，在 24 小时内升高的 miR-135b 可能会缓解血管生成诱导和其他操作，这对于修复鳃组织的第二阶段以排出额外的氯化物至关重要。此外，针对钾电压门控通道同源基因，miR-135b可能是鳉鱼高渗反应的关键介质，有助于解释砷对渗透耐受的降低机制。

7. 除草剂毒性

除草剂通常用于控制害虫，这些害虫通常针对植物特定的过程和目标位置。因此，某些除草剂对鱼无毒。但事实是除草剂可以间接影响鱼类。对于某些除草剂，慢性和亚致死水平会对鱼类健康产生多种不利影响，例如压力、嗅觉和不规则行为。百草枯（PQ，1-1'二甲基-4-4'-二氯化联吡啶）是一种非选择性、速效季氮除草剂，国际上用于控制杂草的生长。另一方面，PQ是一种对人和动物都有毒的除草剂，因为它受到氧化还原循环反应的影响，这种反应间接或直接刺激氮物质 (RNS) 和 ROS 输出和 OS，破坏器官。流行病学调查认为 PQ 暴露是诱发脊髓小脑萎缩、帕金森病和阿尔茨海默病的一个可能风险问题。

此外，PQ 已被用作水生除草剂，可直接在缓慢或静止的水域中使用。最近，许多调查都强调了水生生态系统中 PQ 的存在。目前，已有多项关于PQ对鱼类不利影响的研究。大量研究表明，miRNAs在对环境化学物质的反应中具有重要作用，引发不同的毒物伴随疾病，血浆或血清miRNAs可作为敏感、早熟的生物标志物，用于各种毒物或物质对有机物的破坏。在鲤鱼中，Ma 等人提到 PQ 暴露会刺激脂质过氧化和氧化应激。结果表明，暴露于 PQ 后，鲤鱼的血清循环 miRNA，如 ccr-mir-125b、ccr-mir-122、ccr-mir-155 和 ccr-mir-146a 增强（。这些发现表明 miRNA 在控制氧化应激方面发挥作用，主要是通过与细胞质中特定的连接点和 mRNA 位置结合。生成的 mRNA 不会立即被翻译成蛋白质，而是会被破坏并回收其成分，或者将被保留并稍后翻译。例如，研究表明 miRNA21 与波动和高血糖水平以及早期线粒体功能障碍有关，而 microRNA21 可能会增加对稳态信号的抑制，这通常会限制 ROS 损伤。

阿特拉津是一种广泛应用于农业领域的除草剂，美国环保署组织出于对水污染的怀疑，已将其在饮用水中的含量限制在每升 (ppb) 3 克以下。在所有暴露浓度下，斑马鱼胚胎阿特拉津暴露导致 hsa-miR-126-3p、miR-10、miR-23a 和 miR-24 的表达发生改变，并降低 miR-124 的表达。这些变化可能会导致斑马鱼胚胎的肿瘤和炎症，诱发形态畸形，干扰神经发生。此外，王等人证明阿特拉津抑制原始性腺中miRNA的合成，从而增加鲤鱼雌性偏向基因的表达。此外，阿特拉津通过其相关的 miRNA 改变下丘脑-垂体-性腺轴的基因表达分布，从而上调芳香酶表达。此外，在成年斑马鱼暴露于氟虫腈、三唑磷及其混合物后，可以识别出 14 种 miRNA 的表达，以及在用这些化学品的制剂处理后表现出改变的 5 种 miRNA。此外，miR-29b 和 miR-738 在佐剂处理后差异表达（。miRNA 可能表现出一种新的毒理学反应性，可用作毒理学生物标志物，未来对它们与涉及化学相关疾病的 miRNA 关系的研究可能会采取不同的途径。

8. 其他环境胁迫

在虹鳟鱼中，Cadonic 等人探索暴露于三分钟急性空气压力后的分子变化，并允许在正常环境中恢复。鱼类暴露于空气压力等环境压力下，循环中的皮质醇水平显著增加。有趣的是，细胞外囊泡中 miRNA 的丰度归因于血浆皮质醇的正常浓度。这表明这些循环的 miRNA 在皮质醇实现过程中是必不可少的。作者认为 miRNA 在鱼类应激反应期间被组织起来，并且可以支持发生的皮质醇介导的改变。在虹鳟鱼中，暴露于空气压力后，头部肾脏和肝脏中的 miR-29a 和 miR-143 显著下调。相比之下，Cadonic 等人目前尚不清楚循环 miR-21 的升高是否支持肾上腺素能反应，需要更多调查。但检测到长期接触苯并[a]芘的虹鳟鱼肝细胞中mirRNA-29a水平升高。miR-29a 的调节作用对于环境压力源的长度和类型是特殊的。

在类固醇生物发生途径期间，识别出对不同环境应激反应感兴趣的精确转录预期基因。UDP-葡萄糖醛酸转移酶有可能被肝细胞中的 let-7a 靶向，这表明随着 let-7a 组织丰度的降低，这种表达会更高。这种酶降解类固醇生物途径并明确包含在皮质醇降解中以返回基线。文拉法辛是水溶性的，是淡水生态系统中的另一种常见污染物。这种分子将被鱼鳃吸收并在整个生物体中循环，并在不同的鱼类组织中生物积累，如肝脏、肌肉、大脑和血浆。表3总结了相关 miRNA 对几种生态压力因素的反应调节。暴露于文拉法辛污染物后，斑马鱼性腺中 miR-22b-3p 和 miR-301a 的表达降低。这些结果阐明了miRNA 作为水生生物中早期发现的生物标志物胁迫的兴趣。在虹鳟鱼的高密度种群中，Gonçalves 等人发现 omymiR-181a-3p/5p 和 omy-miR-9b-5p 以及 omy-miR-10d-5p、omy-let-7a-5p 和 omy-miR-10d-5p 等 miRNA 家族的丰度显著增加了 200 omymiR-30e-5p/3p 超过 170 倍，而 omy-miR-181b-5p 是下调幅度最大的 miRNA，其次是 omy-miR-100-5p。有人提到 miR-181a 具有多种生物学过程的调节作用，包括细胞侵袭、分化和增殖，由于 miR-181a 丰度的增加导致细胞升高，因此在免疫调节中也具有多种功能在T细胞至肽抗原的灵敏度。

在青鳉鱼中，miR-181a/b 都是 MAPK 信号传导的基本调节因子。发现 miR-181b-5p 的转录本在分配为高放养密度的鱼脑中下调。通过降低黑皮质素受体4 (mc4r)的表达，miR-9 似乎在鱼的高密度应激期间可能具有其他功能。

环境压力会影响鱼肠道和皮肤中的微生物群落。miRNA 具有不同的表达模式，在微生物感染过程中起着至关重要的作用。此后，多项研究表明宿主 miRNA 的表达可能会被调节以响应各种细菌感染。图3总结了miRNA对细菌感染的抗菌作用方式。在牙鲆中，几种类型的miRNA如的miR-182-5p，的miR-7A，的miR-194A，和POL-的miR-731可以加强针对宿主免疫防御机制肿大细胞病毒感染. 在舌鳎和鮸仔鱼中，多种 miRNA 已被证实通过调节免疫相关基因与细菌和病毒感染有关。在另一项研究中，Li 等人研究了 pol-miR-novel_171，通过PoFAM49B，在感染迟发性大肠杆菌或巨细胞病毒的牙鲆的细胞凋亡和抗菌免疫中发挥重要作用病原菌。此外，与随着高通量测序技术的进步及其在鱼类miRNA鉴定中的应用所发现的大量miRNA相比，具有明确功能的鱼类miRNA的数量极为有限。

图3  miRNA 抗菌特性对细菌病原体的作用模式

 

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总结

根据现有证据，水生鱼类的健康和福利在不同的环境压力下可能会降低。在后基因组时代，识别受不同环境问题影响的转录组学和蛋白质组学筛选可以更深入地了解纳米分子网络响应压力环境的合理功能。鱼类miRNA分析在调节应激反应基因方面的潜力激励它们成为开发环境应激耐受性鱼类多样性的合适候选者。需要进一步的计算机探索来设想与 miRNA 调节系统相关的预期基因，并帮助提供指示细胞微环境。尽管如此，还需要更多的调查来授权这些产出，并区分与压力源对鱼类及其环境的影响相关的即将出现的问题。此外，在鱼类对环境问题的敏感性方面仍然存在重大的信息差距。此类范围调查支持科学家尝试确定 miRNA 如何安排暴露于不同环境压力的鱼类的适应。加强对这些主题的认识可能有助于可持续水产生产、福利和健康状况以及水生环境的观察。

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参考文献

Raza, S. H. A., Abdelnour, S. A., Alotaibi, M. A., AlGabbani, Q., Naiel, M. A. E., Shokrollahi, B., … Zan, L. (2022). MicroRNAs mediated environmental stress responses and toxicity signs in teleost fish species. Aquaculture, 546, 737310.