近期，中国农业科学院质标所“农产品质量安全风险评估”创新团队研究发现氟喹诺酮类抗生素药物环丙沙星，可诱导斑马鱼发生“双相情感障碍行为（bipolar disorder，BD）”，然后采用多组学技术系统解析了其分子作用机制，并以此为基础构建了一种新的BD斑马鱼模型。相关成果以“Multi-omics analysis of a drug-induced model of bipolar disorder in zebrafish”发表在细胞出版社（Cell Press）刊物《iScience》上。
环丙沙星因具有广谱的杀菌效果被广泛应用于临床医学、畜禽水产养殖等领域，长期的环境排放使其成为一类新兴的有机污染物，尤其是在生态系统以及农产品中的残留污染问题引起了公众越来越多的关注。BD是一种常见精神障碍，既有躁狂症发作，表现出情感高涨、言语活动增多、精力充沛等，又有抑郁症发作，表现出情绪低落、言语活动减少、疲劳迟钝等，并出现交替、反复、不规则等症状。
团队在前期研究的基础上，首次发现环丙沙星暴露可诱导斑马鱼发生BD样多动、狂躁和抑郁行为，具体表现为运动距离和狂躁行为发生频率显著增加，向中心和顶部区域探索行为明显减少。另外，组织病理学、免疫荧光和蛋白质印迹结果均强调了发生BD样行为的斑马鱼脑组织神经元受损，主要表现为结构完整性缺失，神经元数量减少和胞体肿胀。
然后，利用透射电镜-组织病理学可视化技术，高通量的代谢组-脂质组-转录组多组学技术，以及qPCR-Western blot等分子生物学方法，从表型-基因-代谢物-蛋白等多层次水平，对斑马鱼发生BD行为的分子机制进行了深入剖析。结果表明，JNK介导的神经炎症导致BD斑马鱼的神经传递全面紊乱，包括通过干扰芳香族氨基酸色氨酸和酪氨酸的代谢，限制单胺类神经递质5-羟色胺和多巴胺参与突触囊泡循环，破坏膜脂质鞘磷脂（Glycer, SM, Cer）和甘油磷脂（PE, PC, LPC）的代谢平衡，改变突触膜结构完整性和神经递质受体（ chrnα7 , htr1b , drd5b , gabra1 ）活性，从而导致BD行为出现。依此构建了一种新的BD斑马鱼模型，一方面可以为深入解析BD发病机制、针对性筛选研发治疗药物提供重要模型和生物学见解，另一方面可以为研究评估环丙沙星等抗生素类新污染物的环境健康风险提供技术手段和科学依据。
该研究得到国家重点研发计划项目和中国农业科学院科技创新工程资助。质标所博士研究生李亚梦为论文第一作者，钱永忠研究员和邱静研究员为共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106744
