多组学揭示腹泻贝类毒素与脂肪酸合成在海洋有害甲藻中的关联机制

近日，一项发表于Journal of Hazardous Materials的研究通过整合转录组学与蛋白质组学技术，深入解析了海洋有害甲藻——前中心藻（Prorocentrum）中腹泻贝类毒素（DSTs）与脂肪酸合成之间的潜在关联机制。该研究不仅为理解甲藻毒素的生物合成途径提供了新的分子证据，也为海洋环境监测与水产品安全预警开辟了新的科学视角。

腹泻贝类毒素研究概况

腹泻贝类毒素（DSTs）是全球沿海地区频发的“腹泻性贝类中毒”（DSP）事件的元凶。其中，冈田酸（OA）和鳍藻毒素（DTXs）是最具代表性的毒素成分，它们能够积累于贝类体内，经由食物链进入人体，引发呕吐、腹泻、胃痉挛等症状，并被认为具有潜在的致癌风险。自20世纪60年代以来，DSP事件在全球范围内屡有报道，然而由于症状与细菌性胃肠炎相似，实际发生病例可能远高于统计数据。藻类细胞释放的DST不仅威胁人类健康，也对海洋生态系统和水产养殖业造成了持续的经济损失。

尽管DST的危害早已明确，但其在甲藻细胞内的生物合成机制长期悬而未决。甲藻基因组尚未被完整测序，这为相关研究带来了巨大挑战。以往的研究多集中于温度、光照、磷酸盐、微塑料及有机磷农药等环境因素对毒素产量的影响，缺乏对合成通路的系统性解析。近年来，随着深度测序和蛋白质组学技术的快速发展，越来越多的研究开始关注甲藻中的聚酮合成酶（PKS）基因家族，而DST正是通过聚酮合成途径生成的聚酮类化合物。PKS构建碳链的方式与脂肪酸合酶（FAS）类似，提示脂肪酸代谢与DST合成之间可能存在共同的进化起源。

多组学策略：突破甲藻研究瓶颈的创新路径

由于单一“组学”分析难以全面表征甲藻生物系统的复杂性，本研究采用转录组学与蛋白质组学相结合的多组学策略。科研人员选取了三株具有不同毒素谱的前中心藻（Prorocentrum）菌株——两株P. lima（3XS36和XS336）和一株P. arenarium（HN231），开展了跨菌株的比较分析。通过整合两种组学数据，研究团队成功鉴定出45个I型PKS基因和45个II型脂肪酸合成酶（FAS）基因，并将其列为参与DST产生的关键候选基因。序列分析显示，这些候选基因在不同组学数据集中具有高度一致性，增强了预测结果的可靠性。

值得注意的是，与以往多数研究中mRNA与蛋白质表达水平仅呈中等一致性的情况不同，本研究发现两者之间具有较高的相关性，提示所鉴定候选基因在转录后调控中变化较小，进一步增强了功能注释的准确性。

图1 多组学揭示腹泻贝类毒素与脂肪酸合成在海洋有害甲藻中的关联机制[1]

脂肪酸合成与毒素产生的代谢关联

研究首次发现，脂肪酸合成通路相关蛋白的表达水平在不同菌株间存在显著差异。其中，P. arenarium（HN231）菌株中参与脂肪酸生物合成的蛋白上调最为明显（分别达74.07%和72.73%），其饱和脂肪酸（SFAs）含量也显著高于两株P. lima。这一从转录组、蛋白质组到代谢产物层面形成的同步趋势，构成了一致的证据链，暗示脂肪酸合成与DST产生之间存在密切的代谢网络关联。

脂肪酸是细胞膜的重要组成部分，被认为与DST具有共同的进化起源。研究进一步指出，藻类细胞内的游离型DST（如OA、DTX1）可与不同链长的脂肪酸发生酯化反应，生成7-O-酰基衍生物（DTX3），而脂肪酸含量的变异性可能直接影响贝类中DTX3的合成效率与毒性强度，具有重要的食品安全意义。

研究意义与展望：为海洋毒素防控奠定科学基础

本研究是首次针对多种前中心藻菌株、结合转录组与蛋白质组数据进行DST合成机制的系统性探索。研究不仅为揭示前中心藻中DST和脂肪酸合成的分子机制提供了全新的数据基础，也为未来海洋有害藻华的毒理学研究和环境监测策略的优化提供了科学支撑。

未来，随着更多PKS和FAS功能基因的验证以及甲藻基因组研究的深入，有望为DST的生物合成通路绘制出更完整的分子图谱，并为海洋食品安全保障、贝类养殖风险预警及生态环境保护提供更为精准的干预靶点。该研究也为海洋环境中有毒物质的科学管理和早期预警奠定了新的科学基础。

参考来源：[1] Zheng D, Zou L, Zou J, Li Q, Lu S. Multi-omics analysis reveals potential mechanisms of diarrhetic shellfish toxin and fatty acid synthesis in marine harmful Prorocentrum. J Hazard Mater. 2025 Jun 5;489:137674. doi: 10.1016/j.jhazmat.2025.137674.