用XRD检测了所用纳米颗粒衍射峰的位置和相对强度，表明样品为锐钛矿（图2B）。扫描电镜、透射电镜、水动力学直径和Zeta电位的结果在图中显示（图2C-F）。正常和高温条件下，水动力学直径和Zeta电位有显著差异，高温下纳米二氧化钛Zeta电位的绝对值降低，导致纳米颗粒倾向于形成更大的团聚体。22℃和海洋热浪（MHWs）之间，Ti在肠道中的生物累积没有显著差异（图2G），而nano-Ti
O
2
暴露增加了Ti的生物积累量，并表现出显著的浓度依赖性。
图2 实验模拟海洋热浪暴露方案（A）、nano-TiO
2
的晶型（B）、22℃和28℃下的水动力学直径（C）和Zeta电位（D）、SEM（E）、TEM（F）和肠道组织积累（G）。
纳米二氧化钛和海洋热浪破坏了贻贝肠道稳态
图3 在不同nano-Ti
O
2
（0、25和250 μg/L）和温度（22℃和MHWs）条件下第3，10和13天，贻贝肠道中淀粉酶（A）、胰蛋白酶（B）、海藻糖酶（C）、溶菌酶（D）、乙酰胆碱酯酶（E）和乙酰胆碱（F）。下同：不同的大写字母表示各处理时间点之间的显著差异（
P
<0.05）。不同小写字母表示0、25和250 μg/L nano-Ti
O
2
处理间差异显著（
P
<0.05）。星号表示相同nano-Ti
O
2
处理下两种温度之间的显著差异（*
P
<0.05，**
P
<0.01）。
图4 在不同nano-Ti
O
2
（0、25和250 μg/L）和温度（22℃和MHWs）条件下10天后，肠道的H&E染色图（A）、贻贝肠道中丰度前10的门（B）、拟杆菌门（C）、变形菌门（D）、厚壁菌门（E）和厚壁菌门/拟杆菌门的比值（F）。
我们的研究发现，模拟海洋热浪暴露显著抑制贻贝的淀粉酶、胰蛋白酶和海藻糖酶活性（图3）。在双壳类等变温动物中，适度的温度升高通常会使食物摄入量增加到一个物种特有的阈值，超过这个阈值，食物摄入量就会下降，通常与瓣膜关闭时间延长和过滤停止有关。在海洋热浪和纳米二氧化钛联合暴露下，消化酶活性的变化与仅热浪对照相似，表明温度效应占主导地位。然而，暴露于纳米二氧化钛的贻贝的恢复被延迟（图3）。这些结果表明，为了全面了解纳米污染物的生态毒性，需要评估纳米颗粒对非生物应激源恢复的携带和持久影响。此外，海洋热浪和纳米二氧化钛暴露造成肠道组织损伤和微生物群落发生变化。具体来说，温度或纳米二氧化钛会造成肠道组织空泡，并增加肠壁的分离程度；纳米二氧化钛和海洋热浪单独或联合暴露均增加了变形菌群的丰度，而海洋热浪暴露降低了拟杆菌群的水平（图4）。这些微生物的变化，加上F/B比的改变，表明纳米二氧化钛和海洋热浪暴露破坏了肠道微生物群的稳态并诱导了肠道炎症（图4）。
纳米二氧化钛和海洋热浪破坏了贻贝肠-肝胰腺轴稳态
图5 在不同nano-Ti
O
2
（0、25和250 μg/L）和温度（22℃和MHWs）条件下第3，10和13天，贻贝肝胰腺中谷草转氨酶（A）和谷丙转氨酶（B）活性。在不同nano-Ti
O
2
（0、25和250 μg/L）和温度（22℃和MHWs）条件下10天后，内毒素脂多糖含量（C）、
TLR-4
表达水平（D）和肠-肝-胰轴相关基因表达水平热图（E）。下同：热图中星号（*）表示暴露组与对照组之间有显著差异（
P
<0.05）。
LPS可以被TLR-4特异性识别，激活与NF-κB通路密切相关的TLR-4信号级联。而TRAF6作为连接TLR-4与下游NF-κB信号通路的分子桥梁。常温条件下，贻贝通过激活抗炎NF-κB通路，上调TRAF6和NF-κB水平，抑制TNF-α表达来响应纳米二氧化钛。活化的NF-κB还通过上调Bcl-2和抑制凋亡执行因子如半胱天酶来调节细胞凋亡、增殖和免疫应答（图5）。然而，MHWs条件下，TRAF6和NF-κB表达水平显著降低，TNF-α水平上调，表明肝胰脏发生了严重的炎症反应。由于海洋热浪诱导的LPS升高，TLR-4的激活可能导致TNF-α表达增加和炎症反应（图5）。这些发现强调了肠道菌群失调与TLR-4/NF-κB通路之间的相互作用，为MHWs和纳米二氧化钛联合暴露诱导炎症的机制提供了见解。
图6 在不同nano-Ti
O
2
（0、25和250 μg/L）和温度（22℃和MHWs）条件下10天后，贻贝肝胰腺中谷胱甘肽过氧化物酶（A），谷胱甘肽（B），氧化型谷胱甘肽（C），总抗氧化能力（D），抗氧化相关基因热图（E）和解毒相关基因热图（F）。
图
7
在不同
nano-Ti
O
2
（
0
、
25
和
250 μg/L
）和温度（
22℃
和
MHWs
）条件下
10
天后，贻贝肝胰腺中细胞活力（
A
）、细胞凋亡（
B
）、活性氧（
C
）、脂质过氧化物（
D
）和用
Annexin V-FITC
和碘化丙啶（
PI
）标记肝胰腺细胞的凋亡分析（
E
）。
图
8 IBR
分析
和
Mantel test
分析
肠道-肝胰轴的破坏以及肝胰腺炎症的发生促进了解毒功能障碍和氧化损伤，可能是肝胰腺损伤的潜在机制。抗氧化系统的变化以及通过肠道微生物群功能分析所识别的与NAD(P)-dependent dehydrogenase和DNA-binding ferritin-like protein（oxidative damage protectant）的通路的上调，揭示了贻贝在同时暴露于海洋热浪和纳米污染物时氧化还原稳态的显著紊乱（图6）。此外，高浓度nano-Ti
O
2
，无论是单独还是联合海洋热浪暴露，均抑制PGP-1、CYP-1和GST等解毒相关基因的表达，表明关键解毒机制受到了破坏，削弱了细胞代谢和清除有毒物质的能力（图6）。通过细胞毒性指标进一步验证了肠道-肝胰轴功能的破坏，包括在nano-Ti
O
2
和海洋热浪联合暴露的贻贝肝胰腺中观察到的脂质过氧化增加、细胞活力下降以及凋亡水平升高（图7）。
图
9
纳米二氧化钛在常温条件和模拟海洋热浪下对贻贝肠
-
肝胰腺轴的影响总结
本研究表明纳米二氧化钛和模拟的海洋热浪通过干扰肠道微生物群、改变消化功能和损伤肠道屏障，破坏了贻贝的肠道稳态（图9）。同时，海洋热浪进一步破坏了肠道−肝胰腺轴，导致肝胰腺炎症、氧化损伤和肝胰腺细胞凋亡，突显了温度增强纳米二氧化钛毒性的作用（图9）。这些发现与气候引起的毒物敏感性（CITS）理论相一致。实验结果表明，肠道微生物群失衡在纳米二氧化钛和海洋热浪引发的肝胰腺不良后果中起到了重要作用。
