紫外线（UV）与可见光、红外线共同构成太阳辐射，对生命活动具有重要意义。UV辐射是VD合成的必要因素，同时有利于心血管健康，并具有抗菌活性。然而UV辐射也会对人体造成伤害。根据波长，UV分为3类：UVA（320～400 nm）、UVB（280～320 nm）和UVC（200～280 nm）。UVC会被臭氧层吸收，无法到达地面。UVA的穿透能力强于UVB，但是由于波长越短，UV能力越强，因此UVB会对生物体造成更大的损伤。长期的UVB照射会引起氧化应激反应，导致免疫系统失衡，引发衰老相关疾病，甚至引发癌症。随着人们生活水平的提高以及对健康的追求，寻找天然的修复UV损伤物质成为了研究热点。
鲟鱼是世界上最古老的鱼类之一，有“活化石”之称，属硬骨鱼纲、辐鳍亚纲、硬鳞总目、鲟形目。鲟鱼具有很高的经济价值，我国鲟鱼产量占到世界总产量的80%以上。鲟鱼肝占到鲟鱼总质量的4%左右，富含金属硫蛋白（MT），与哺乳动物来源的MT相比，鲟鱼肝中的MT安全性更高且更易被接受。MT于1957年由Margoshes等在马肾中发现并将其分离出来，是一类低分子质量、富含半胱氨酸和金属的蛋白质。MT具有很强的抗氧化能力，参与抗氧化防御和细胞氧化还原稳态的调节，能够利用巯基清除活性氧（ROS），与羟自由基的反应速率常数是与谷胱甘肽反应的大约300倍。MT可能通过调控核因子E2相关因子2（Nrf2）及其下游抗氧化基因，提高抗氧化酶的表达水平，从而达到降低氧化损伤的效果。
秀丽隐杆线虫是一种极佳的模式生物，体长约1 mm，通体透明，主要生活在土壤中。秀丽隐杆线虫的生命周期包括胚胎期、幼虫期（L1～L4）和成虫期，在遇到不利的生存条件时，线虫会进入dauer时期，生存条件改善时又会发育到L4期进入正常生命周期。秀丽隐杆线虫的生命周期较短，在20 ℃条件下从卵发育为成虫需要3 d，平均寿命为2～3周。秀丽隐杆线虫的研究为探索多细胞生物的生物过程做出了极大的贡献，其结构虽然简单，但组织器官与高等动物相似。在秀丽隐杆线虫的基因组中，40%～80%的人类基因都具有对应的直系同源基因，人类疾病相关和脂质代谢相关的基因和信号通路在秀丽隐杆线虫中高度保守。同时，秀丽隐杆线虫饲养方便、生育率高、生命周期短，且实验不存在伦理问题，这些都让秀丽隐杆线虫成为了天然产物生物活性研究的极佳工具。
在众多应对氧化应激的调控通路中，胰岛素/胰岛素样生长因子信号（IIS）通路是一条高度保守且研究广泛的信号传导途径。该通路在秀丽隐杆线虫中主要通过DAF-2受体介导，当胰岛素样肽作为激动剂与DAF-2结合时，磷酸肌醇-3激酶级联反应被触发，最终激活IIS通路。近年来，越来越多的研究表明IIS通路与机体的抗氧化应激能力密切相关。IIS通路下游的转录因子DAF-16和SKN-1是其中的关键调控因子。DAF-16作为哺乳动物叉头框蛋白O在秀丽隐杆线虫中的直系同源物，是IIS通路的经典转录靶点，能够上调抗氧化酶基因的表达，进而显著提高秀丽隐杆线虫抵抗氧化应激的能力。SKN-1是哺乳动物中Nrf2的同源转录因子，可诱导多种抗氧化基因的表达。DAF-16和SKN-1这两种转录调节因子在整合来自多个途径的信号中发挥着关键作用，进而通过调节其下游靶基因激活氧化还原反应。
中国农业大学食品科学与营养工程学院的杨若湫、高博雅和李平兰*等以秀丽隐杆线虫为模型，在线虫经过UV辐照后，饲喂不同剂量的鲟鱼肝MT，通过测定寿命、摆头频率、身体弯曲频率、抗氧化酶活力等指标的变化，探究MT的UV损伤修复作用。通过实时聚合酶链式反应（PCR）技术分析MT在转录水平上对线虫造成的影响，推测其发挥UV损伤修复作用的可能机制，以期为天然UV损伤修复活性物质的筛选与开发提供理论支撑，同时为水产加工副产物高值化利用奠定基础。
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不同UV辐射时间处理对秀丽隐杆线虫寿命的影响
线虫暴露于UVB辐射时体内会产生大量的ROS，尽管自身的抗氧化系统能够发挥一定的作用，但未被清除的ROS仍会引起氧化应激状态，加速衰老进程，致使线虫寿命缩短。寿命曲线能够直观反映不同时长的UV辐射对线虫造成的损伤程度。固定UV辐射剂量为590 μW/cm2，分别对线虫进行0、5、10、15 min的UV辐照，统计各组线虫的每日存活率，直至所有线虫死亡。各组线虫寿命曲线如图1A所示，第5、10天的存活率如图1B、C所示。可以看出，随着UV辐射时间的延长，全部线虫死亡的时间逐渐提前，同一天数下线虫的存活率呈现逐渐下降的趋势，其中15 min的UV辐射对线虫寿命的影响最为显著。
对各组线虫寿命进行统计，结果如表2所示。随着UV辐射时间的延长，线虫的平均寿命逐渐缩短，且各组间存在显著性差异。这是由于随着UV辐射时间的延长，ROS逐渐积累，对寿命的负面影响愈发显著。UV辐射时间为10 min时，线虫的相对寿命缩短率接近50%，因此后续实验中将UV辐射时间确定为10 min。
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不同UV辐射时间处理对秀丽隐杆线虫运动能力的影响
随着线虫逐渐衰老，其肌肉和神经系统开始退化，协调性和运动能力也在下降。线虫的摆头频率和身体弯曲频率与衰老进程呈反比，因此线虫运动能力的变化也可以反映UV辐射造成的影响。对线虫分别进行0、5、10、15 min的UV辐照，统计第1、5、10天时线虫摆头频率和身体弯曲频率的变化，结果如图2、3所示。在第1、5、10天这3个时间点，随着UV辐射时间的延长，线虫衰老进程加快，摆头频率和身体弯曲频率均呈现下降趋势，证明UV辐射也会对线虫的运动能力产生负面影响。对比不同UV辐射时长，15 min的UV辐射对线虫运动能力造成的损伤最为严重。
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鲟鱼肝MT对UV损伤后的秀丽隐杆线虫的寿命影响
线虫经过UV辐照后，体内会积聚大量未被清除的ROS。MT能够有效清除ROS，抵抗氧化应激状态，修复UV辐照对线虫造成的损伤，延缓衰老进程。线虫寿命的变化能够直观反应MT对UV损伤的修复作用。在线虫经过10 min的UV辐照后，分别饲喂0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT，48 h后对各组线虫的每日存活率进行统计，直至所有线虫死亡。各组线虫的寿命曲线如图4A所示，第10天、第15天各组线虫存活率如图4B、C所示。与对照组相比，受到UV辐照损伤的线虫存活率显著下降，而饲喂0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT后，线虫的存活率均有所回升。其中0.4 mg/mL的MT效果最为显著，能够使线虫存活率恢复至对照组的水平。观察寿命曲线发现，饲喂0.4 mg/mL MT的线虫最长存活时间可达25 d，与对照组的24 d基本持平。
对各组线虫寿命进行统计，结果见表3。相较于UV辐照组，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能在一定程度上延长线虫寿命。其中0.4 mg/mL的MT效果最为显著，该组线虫平均寿命达到15.71 d，与对照组的15.07 d相比，相对寿命缩短率为-0.04%。因此，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效抵抗UV损伤引起的线虫寿命缩短的影响，且0.4 mg/mL的MT作用效果最为显著。
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鲟鱼肝MT对UV损伤后的秀丽隐杆线虫的运动能力影响
随着线虫逐渐衰老，其运动能力也在减弱。MT能够有效清除ROS，延缓衰老进程，并抵御UV辐射造成的线虫运动能力降低的影响。线虫经过10 min的UV辐照后，分别饲喂0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT。将饲喂48 h后的时刻记为第0天，对第3、6、9天的摆头频率和身体弯曲频率进行记录，结果如图5、6所示。
结果显示，UV辐射致使线虫摆头频率和身体弯曲频率显著降低。在第3天时，0.4、0.5 mg/mL的MT能够对线虫的运动能力起到一定的恢复作用。第6天和第9天时，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效恢复线虫的摆头频率和身体弯曲频率。第9天时，0.4 mg/mL的MT可将线虫的运动能力恢复到对照组的水平。因此，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能抵抗UV损伤造成的线虫运动能力降低的影响，其中0.4 mg/mL的MT作用效果最为显著。
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鲟鱼肝MT对UV损伤秀丽隐杆线虫体内SOD、CAT、MDA水平的影响
SOD和CAT是在氧化应激状态下发挥关键抗氧化作用的两种酶，其水平的降低不利于机体清除ROS，从而恢复正常状态。UV辐射会使机体产生大量ROS，过度的氧化应激状态会降低SOD和CAT的活力。MDA是脂质过氧化的标志性产物，其水平的升高反映机体氧化应激程度加剧。SOD、CAT和MDA水平能有效反映线虫体内氧化损伤的程度。从图7可以看出，经过UV辐射处理后，线虫体内SOD和CAT水平降低，MDA水平升高，表明UV辐射会导致大量ROS产生，引起氧化应激状态，而SOD和CAT水平的降低进一步削弱了线虫清除多余的ROS、恢复稳态的能力。给予线虫不同质量浓度的MT干预后发现，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效升高SOD的水平，其中0.4 mg/mL的MT作用效果最为显著。0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效升高CAT的水平，有利于清除多余ROS，恢复稳态。同样以0.4 mg/mL的MT效果最为突出，能够将CAT活力恢复至对照组的水平。此外，0.4 mg/mL的MT还能够将MDA恢复至对照组的水平，表明其能够有效降低氧化应激程度。因此，0.4 mg/mL的MT能够有效修复UV损伤线虫体内SOD、CAT的水平，降低MDA含量，进而修复UV造成的氧化应激损伤。
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鲟鱼肝MT对UV损伤秀丽隐杆线虫体内ROS和脂褐素水平的影响
机体遭受UV辐射后，体内ROS水平会显著上升，高水平的ROS会对机体造成氧化损伤。MT可通过自身巯基直接清除ROS，或者通过增强抗氧化酶的活力有效清除ROS。线虫体内绿色荧光强度与ROS水平呈正相关，对荧光强度进行量化统计后发现，经UV辐照处理的线虫，其体内ROS水平大幅上升。而给予不同质量浓度MT干预后，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效降低ROS的水平，其中0.4 mg/mL MT的效果相较于0.3 mg/mL和0.5 mg/mL MT更为突出，能将ROS恢复至对照组的水平。因此，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效降低UV损伤后线虫体内ROS的水平，缓解氧化应激损伤，且以0.4 mg/mL的MT效果最为显著。
脂褐素是氧化的脂质与蛋白质形成的复合物，在细胞衰老和组织老化进程中持续积累，被视为氧化损伤的标志物。UV辐射会引发机体的氧化应激状态，促使脂褐素积累量增加。而MT凭借其有效清除ROS的能力，能够减少脂褐素的生成。由图8可以看出，线虫受到UV损伤后，体内脂褐素积累显著增多。而给予不同质量浓度的MT处理后，0.4、0.5 mg/mL的MT均能显著降低脂褐素的水平。其中0.4 mg/mL的MT效果最为突出，可将脂褐素降低至对照组的水平。因此，0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效降低受到UV损伤的线虫体内脂褐素的水平，且0.4 mg/mL的MT效果最为显著，有利于减轻线虫体内氧化应激程度。
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鲟鱼肝MT对UV损伤秀丽隐杆线虫基因表达水平的影响
通过对线虫寿命、运动能力以及抗氧化酶等关键指标的测定，发现MT能够有效修复线虫遭受的UV损伤。线虫受到UV损伤后，给予MT进行干预，其体内的基因表达会随即发生一系列变化。对基因表达水平展开检测，有利于揭示MT对UV损伤的分子响应机制。PCR结果如图9所示。
哺乳动物中的Nrf2是调控抗氧化反应的关键转录因子，在机体受到氧化损伤时能够激活抗氧化酶的表达，从而缓解氧化损伤。线虫体内的SKN-1是Nrf2的同源转录因子，能够抵抗氧化应激，保护机体免受氧化损伤。IIS通路是调控skn-1转录的重要上游信号通路，并且在调控衰老进程以及缓解氧化应激方面发挥着重要作用。针对这条通路，主要研究了daf-2、age-1、pdk-1、akt-1以及daf-16表达的变化。结果发现，MT能够修复UV辐射造成的影响，下调daf-2、age-1、pdk-1、akt-1的表达，抑制IIS通路，从而避免daf-16磷酸化，促进其入核，进而调节下游sod-3的表达，最终增强线虫的抗氧化能力。此外，MT能够有效激活IIS通路，上调skn-1的表达，进而修复氧化损伤。
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秀丽隐杆线虫蛋白表达水平的验证
对蛋白的表达情况进行检测，能够进一步确认基因表达水平的真实变化。转基因线虫中编码绿色荧光蛋白（GFP）的基因与目标基因相连，所表达的融合蛋白会发出荧光，因此可通过检测绿色荧光强度判断目的基因的表达情况。利用转基因线虫CF1553（SOD-3::GFP）进行实验，统计不同组线虫的荧光强度，即可得知SOD-3的表达情况。图10展示了SOD-3的表达情况，可以看出UV辐射会对抗氧化酶系统造成损伤，下降SOD-3的表达。0.4、0.5 mg/mL的MT能够上调SOD-3的表达，其中0.4 mg/mL的MT效果最为显著，能将SOD-3的表达恢复到对照组的水平。
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UV的照射会导致促使细胞内产生大量ROS进而引发氧化应激反应。高浓度的ROS还会诱导脂质过氧化，抑制抗氧化酶系统的活性，从而引发衰老、癌症、糖尿病、心血管疾病和类风湿性关节炎等疾病。ROS还被证明与各种细胞信号通路和转录因子的激活有关，进一步激活了细胞死亡过程。MT参与抗氧化防御和细胞氧化还原稳态的调节，能够利用巯基高效清除ROS，具有修复UV损伤的潜力。研究表明，细胞内MT的表达能够减弱UVA辐射带来的损伤，UVA会导致细胞内产生ROS导致细胞死亡，MT能够通过减少ROS发挥保护作用。UV辐射引起的氧化应激会在皮肤中产生ROS，诱导角质形成细胞分泌黑色素细胞生长的活化因子，从而导致皮肤色素过度沉着。表皮中的MT有效增强了对氧化应激的耐受性，抑制黑色素细胞生长。本实验中，鲟鱼肝MT能够缓解UV辐射带来的寿命缩短和运动能力降低的影响，显著降低线虫体内ROS和脂褐素的含量，表明MT可能通过降低线虫体内ROS含量修复UV损伤。本研究中，0.4 mg/mL MT在延长寿命、恢复运动能力、提高SOD及CAT活性、降低ROS及MDA水平方面均表现最优，而质量浓度达到0.5 mg/mL时效果下降。这可能是由于低质量浓度时因剂量不足无法充分激活靶通路（如0.3 mg/mL组效果弱于0.4 mg/mL组），高质量浓度时过度抑制IIS通路可能干扰线虫正常生长信号，最终削弱修复效果。
IIS通路与线虫的寿命以及氧化应激密切相关，这一通路的激活起始于DAF-2的磷酸化，随后调控其下游信号分子AGE-1，影响DAF-16的核转位，进而激活大量与抵抗应激状态相关的基因表达，最终有利于线虫抵抗氧化应激状态。SKN-1是线虫中哺乳动物Nrf2的同源物，能够在解毒、免疫、氧化应激和代谢中发挥作用，受到IIS通路的调控。实验结果表明，MT能够上调SKN-1和DAF-16的表达，进而增强下游SOD和CAT两种抗氧化酶的表达，清除机体内过多的ROS，抵抗氧化损伤，恢复氧化还原稳态，最终达到修复UV损伤的目的。关于MT发挥UV损伤修复作用的机制推测见图11。
本研究以UV损伤的秀丽隐杆线虫为模型，系统探究了鲟鱼肝MT的修复作用。结果表明，0.3、0.4、0.5 mg/mL的MT均能有效抵抗UV辐射导致的线虫寿命缩短与运动能力下降，显著提升受损线虫体内SOD、CAT的活性，降低MDA含量及ROS、脂褐素水平，其中以0.4 mg/mL的MT修复效果最为显著。结合酶活数据与基因表达分析，推测其作用机制为：通过调控IIS通路，下调daf-2、age-1等上游基因，激活DAF-16和SKN-1的转录，进而上调SOD、CAT等抗氧化酶的表达，实现对ROS的高效清除，最终达成UV损伤修复的效果。本研究不仅为鲟鱼肝MT的UV损伤修复活性提供了实验证据，也为基于天然MT的UV损伤修复产品开发奠定了理论基础。然而，其作用机制仍存在深入探究的空间：MT与IIS通路关键蛋白（如DAF-2、DAF-16）的直接相互作用需通过分子互作实验进一步验证。此外，MT在哺乳动物模型中的UV损伤修复效果及量效关系，也将为其临床应用价值提供更全面的参考。未来研究可围绕上述方向展开，以完善对鲟鱼肝MT功能与机制的认知。
引文格式：
杨若湫, 高博雅, 尚楠, 等. 鲟鱼肝金属硫蛋白对秀丽隐杆线虫紫外线辐射损伤的修复作用[J]. 食品科学, 2026, 47(3): 169-179. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250625-184.
YANG Ruoqiu, GAO Boya, SHANG Nan, et al. Repairing effects of sturgeon liver metallothionein on ultraviolet radiationinduced damage in Caenorhabditis elegans[J]. Food Science, 2026, 47(3): 169-179. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-220250625-184.
实习编辑：唐豫英；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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