納米銀污染毒害水體，破壞羅非魚的抗氧化系統(tǒng) | 海潮天下·前沿

本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus），也叫作尼羅口孵非鯽，是一種生活在淡水和鹽水中的魚類，普遍分布在池塘、湖泊和池塘中。攝影：Germano Roberto Schüür（CC BY-SA 4.0）

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出品 | 海潮天下

在日常生活中，銀常被視為一種珍貴的金屬，用于制作首飾、餐具，甚至作為抗菌材料廣泛應用于各種產(chǎn)品中。近年來，隨著納米技術的發(fā)展，人們開始使用銀納米顆粒，也就是粒徑極小的“銀塵”，將其加入到紡織品、化妝品、洗滌劑甚至醫(yī)療器械中。這些銀納米顆粒具有優(yōu)良的抗菌效果，因此在多個行業(yè)中越來越常見。但是，當這些物質(zhì)在使用、或處理過程中被排放到自然環(huán)境中時，它們是否會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的影響呢？這是一個科學家在開始關注的問題。

“海潮天下”（Marine Biodiversity）小編注意到，前不久發(fā)表在《Scientific Reports》期刊上的一個最新的研究中，來自埃及國家海洋學與漁業(yè)研究所（NIOF）的研究團隊就嘗試回答這個問題。

▲上圖：銀納米顆粒（AgNP）生物合成機制示意圖。圖源：Mikhailova, E.O.

研究人員選擇了非洲常見的淡水魚——尼羅羅非魚（Nile tilapia）作為研究對象，探討了銀納米顆粒與傳統(tǒng)銀化合物（即硝酸銀）對魚類肝臟的影響。

這項研究持續(xù)了六周，旨在比較兩種銀形式在水中對魚類肝臟健康和生理反應的不同作用。

在研究過程中，科學家從銀納米顆粒的制備開始，一直到對魚類肝組織的觀察，全面記錄了各種反應指標的變化?？茖W家研究的重點除了AgNPs的理化特性，還涉及其對肝臟抗氧化系統(tǒng)、氧化應激指標及組織結構的具體影響。

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首先需要了解的是，銀納米顆粒是一種粒徑在納米尺度（大約十億分之一米）范圍內(nèi)的物質(zhì)。這種微小的顆粒雖然肉眼不可見，但由于其表面積大、反應活性強，具有非常顯著的化學和生物活性。

在本次研究中，銀納米顆粒是用化學方法合成的，平均顆粒大小約為29.92納米。研究人員將這些顆粒按不同濃度（10、20、50、100微克/升）添加到水中，并設置了一個硝酸銀組（100微克/升）作為對照。實驗中，研究人員每兩周對尼羅羅非魚的肝臟進行一次取樣和分析，直至第六周結束。

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為了評估銀納米顆粒對魚類健康的影響，這個研究團隊重點觀察了肝臟中的一系列生物化學指標。這些指標與魚類抵抗外部有害物質(zhì)相關，主要包括抗氧化酶的活性和脂質(zhì)過氧化物的水平。

抗氧化酶是一類幫助細胞中和有害氧化物的酶，例如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、谷胱甘肽過氧化物酶等。當外界刺激如污染物進入魚體時，這些酶的活性通常會發(fā)生變化，以保護細胞不受損傷。同時，脂質(zhì)過氧化物的增加則可能意味著細胞膜結構正在被破壞，這是氧化應激的一個信號。

▲上圖：銀納米顆粒（AgNPs）的表征。(a) TEM圖像顯示了合成的AgNPs的形態(tài)。(b) 晶體粒度分布。(c) 高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）圖像。(d) 選區(qū)電子衍射（SAED）圖案。圖源：Ghannam, H.E., Khedr, A.I., El-Sayed, R. et al

實驗數(shù)據(jù)顯示，在暴露的第二和第四周，銀納米顆粒組的魚類體內(nèi)抗氧化酶活性出現(xiàn)上升，說明魚體啟動了應對機制，試圖緩解銀顆粒帶來的刺激。與此同時，脂質(zhì)過氧化物水平也在上升，提示魚體已開始感受到細胞層面的壓力。不過，當實驗進入第六周時，高濃度銀納米顆粒組的魚體表現(xiàn)出明顯的變化——抗氧化酶活性下降，而脂質(zhì)過氧化物水平則進一步上升。這表明魚體的防御系統(tǒng)逐漸失效，無法繼續(xù)應對外界的持續(xù)刺激。

相比之下，暴露于傳統(tǒng)硝酸銀中的魚類雖然也表現(xiàn)出氧化應激的反應，但其抗氧化酶系統(tǒng)的活性在整個實驗過程中維持在相對較高的水平。這種現(xiàn)象提示，銀的傳統(tǒng)離子形式雖也具毒性，但魚類對其可能具備更強的適應能力，至少在實驗周期內(nèi)沒有發(fā)生系統(tǒng)性失調(diào)。

▲上圖：尼羅羅非魚（Oreochromis niloticus）肝臟切片，染色處理后在400倍放大下觀察。(A) 對照組肝臟切片，顯示正常的肝細胞和血竇。(B) 暴露于AgNO3（100 μ/L）處理的肝臟切片，表現(xiàn)出血管充血（Cn）、血管擴張（Di）、肝細胞壞死（N）和纖維化（Fb）。(C–F) 暴露于不同濃度的銀納米顆粒（AgNPs）（10、20、50和100 μ/L）后，肝臟切片的組織學變化，包括出血（Hr）（D）、充血（Cn）（C、D、F）、脂肪變性（Ft）（C）、纖維化（Fb）（D）、含鐵血黃素沉積（Hs）（C、F）、血管擴張（Di）（E）、血管壁增厚（Th）（F）以及核固縮（Pk）（C、F）。圖源：Ghannam, H.E., Khedr, A.I., El-Sayed, R. et al

除了生化指標，研究人員還對魚類的肝組織進行了顯微觀察。

從組織學的角度看，暴露在銀納米顆粒中的魚肝細胞發(fā)生了一系列變化，包括血管擴張、脂肪變性、組織纖維化以及細胞壞死等。這些病變程度與銀納米顆粒的濃度呈現(xiàn)明顯相關性。高濃度組中，肝組織損傷最為顯著，說明隨著暴露量的增加，肝細胞的結構受損越加嚴重。相較之下，硝酸銀組盡管也出現(xiàn)了損傷跡象，但程度普遍較輕。

這項研究提供了一個較為系統(tǒng)的觀察視角，揭示了銀納米顆粒在水環(huán)境中可能對魚類健康產(chǎn)生的潛在影響。我們知道，魚類（尤其是像尼羅羅非魚這樣的廣泛分布的淡水魚種），常被用于環(huán)境污染的生物監(jiān)測。由于它們對水體中微小污染物的反應敏感，能夠成為評估水質(zhì)變化的“生物指示器”?？蒲腥藛T觀察魚類體內(nèi)的酶活性、組織結構等變化，可以判斷出環(huán)境中是否存在對生物有害的因子。但是這類魚兒也常常是廣受大眾喜愛的食用魚，那么它所受的環(huán)境影響，是否可能進一步影響到餐桌上的食客們呢？這恐怕更是需要關注的問題。

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上圖：在泰國清邁府湄安村附近的一個小型市場上的活魚（尼羅羅非魚）。攝影：Takeaway（CC BY-SA 3.0）

如前所述，這項研究以一種科學、系統(tǒng)的方式展示了銀納米顆粒與傳統(tǒng)銀化合物對淡水魚肝臟產(chǎn)生的不同影響。但需要注意的是，這項研究并未對銀納米顆粒的環(huán)境來源或擴散路徑做出討論，它的重點在于探索這些物質(zhì)一旦進入水體，會對水生動物造成怎樣的影響。此外，研究也并未涉及到魚類攝入這些顆粒后是否會影響人體健康的問題。而且本研究的觀察周期為六周，屬于中短期實驗，未能反映長期暴露的全面后果。盡管如此，該研究提供的實驗數(shù)據(jù)可為相關領域的研究人員或監(jiān)管機構提供參考，尤其是在評估納米材料在環(huán)境中的安全性時具有一定的意義。

從實驗本身來看，銀納米顆粒在實驗早期似乎還能被魚體部分“應對”，但隨著暴露時間的延長和濃度的提高，其對肝臟功能和組織結構的破壞越來越明顯。相比之下，硝酸銀雖然也有毒性反應，但對肝臟的長期傷害似乎不如銀納米顆粒來得劇烈。這種差異可能與納米顆粒本身的物理性質(zhì)有關。由于粒徑極小，它們更容易穿透細胞膜、在體內(nèi)積聚并參與一系列化學反應，從而對組織造成較深層次的影響。

海潮天下·小百科

銀納米顆粒

銀納米顆粒（AgNPs）是指銀元素在納米尺度上形成的微小顆粒，通常直徑在1到100納米之間。由于其超小的尺寸和較大的比表面積，銀納米顆粒展現(xiàn)出與宏觀銀不同的物理化學性質(zhì)，如增強的抗菌性能、良好的導電性和催化活性。銀納米顆粒廣泛應用于醫(yī)療、電子、紡織、環(huán)境治理等領域，尤其在抗菌和殺菌方面有著顯著的效果。

舉例來說， 這種顆粒常常應用于抗菌劑（能有效殺滅多種細菌、病毒和真菌）、以及冰箱、洗衣機、空氣凈化器等家用電器的抗菌涂層、食品包裝材料中（可以抑制微生物生長，延長食品保質(zhì)期）、制造導電油墨、導電膠、柔性電子器件等，以及用作催化劑（工業(yè)化學反應和環(huán)境凈化）、涂料和油漆（抗菌、防霉）、抗菌紡織品（添加到衣物、襪子、床上用品等紡織品中），等等。

肝臟組織病理學變化

肝臟組織病理學變化是指肝臟在受到外界刺激或損傷時，細胞和組織結構發(fā)生的異常變化。這些變化包括肝細胞的腫脹、變性、壞死以及肝小管擴張、充血、纖維化等現(xiàn)象。常見的肝臟病理學改變還包括脂肪變性、核濃縮（即核固縮）、血管擴張和炎癥細胞浸潤等。在顯微鏡下觀察肝臟切片，可以識別這些變化，并為診斷肝臟疾病或評估毒物對肝臟的損害提供重要依據(jù)。病理學檢查是了解肝臟健康狀況和損傷機制的關鍵手段。

在這個研究中，研究人員在顯微鏡下觀察肝臟切片，能夠識別出一系列病理學變化，如血管充血、擴張和分支，肝細胞的脂肪變性、壞死，肝纖維化等癥狀。此外，還觀察到肝臟細胞之間的出血、細胞核固縮（pyknosis）、以及鐵負荷沉積等異常。這些證據(jù)表明，銀納米顆粒對魚類肝臟組織有潛在的損傷作用，并且，這種損傷隨著暴露時間、銀納米顆粒濃度的增加而加劇。

氧化應激

氧化應激（Oxidative Stress）是指生物體內(nèi)氧化和抗氧化系統(tǒng)之間平衡失調(diào)的一種狀態(tài)。在生物體內(nèi)，由于環(huán)境因素或內(nèi)部代謝過程的干擾，導致體內(nèi)活性氧（ROS）和活性氮（RNS）等反應性分子濃度升高，從而引發(fā)細胞和組織的損傷。正常情況下，細胞借助抗氧化防御系統(tǒng)來維持氧化還原平衡，防止過多的自由基和反應性分子對細胞造成傷害。但當氧化應激過于嚴重或防御系統(tǒng)功能受損時，這些活性分子就會攻擊細胞結構，損害蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA，導致細胞功能失常、或是死掉。

在這項研究中，銀納米顆粒（AgNPs）對尼羅羅非魚肝臟的影響主要是引發(fā)氧化應激反應來體現(xiàn)的。實驗結果顯示，暴露于不同濃度的AgNPs的魚類，肝臟內(nèi)的抗氧化酶活性發(fā)生了顯著變化，氧化應激標志物如脂質(zhì)過氧化物（LPO）水平也表現(xiàn)出劑量和時間的依賴性變化。隨著暴露濃度的增加和暴露時間的延長，魚肝臟的抗氧化系統(tǒng)逐漸失去應對能力，導致氧化損傷的加重。這表明，銀納米顆粒誘發(fā)氧化應激，導致肝臟組織的損傷，進而引發(fā)一系列病理學變化。

感興趣的“海潮天下”讀者可以參看全文：

Ghannam, H.E., Khedr, A.I., El-Sayed, R. et al. Oxidative stress responses and histological changes in the liver of Nile tilapia exposed to silver bulk and nanoparticles. Sci Rep 15, 15390 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-97731-8

（注：本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。歡迎留言、討論）

資訊源 | Sci Rep (2025).文 | 王海詩

審 | Richard

排版 | 盧曉雨

#魚類 #污染 #化學品 #中毒

29納米的“殺手”？銀納米物質(zhì)對水體生態(tài)影響首次系統(tǒng)披露.海潮天下.2026-03

【參考資料】
https://www.nature.com/articles/s41598-025-97731-8
https://nas.er.usgs.gov/queries/factsheet.aspx?SpeciesID=468
https://www.fao.org/fishery/docs/CDrom/aquaculture/I1129m/file/en/en_niletilapia.htm
Mikhailova, E.O. AgNPs. Encyclopedia. Available online: https://encyclopedia.pub/entry/3427 (accessed on 07 May 2025).
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC5037809/
https://www.ars.usda.gov/southeast-area/oxford-ms/national-sedimentation-laboratory/watershed-physical-processes-research/docs/what-is-agnps/