砷（As）和它的化合物是常见的环境污染物，砷可以在土壤中积累并由此进入农作物的组织之中，进而威胁人类的健康。据报道，全球至少有5000多万人口正面临着地方性砷中毒的威胁，而中国正是受砷中毒危害最为严重的国家之一。我国砷污染（Arsenic pollution）土壤主要以中轻度污染为主，但以往的研究大多关注高浓度砷污染的毒性，而对接近实际环境条件的低浓度砷污染土壤的生态毒性研究相对缺乏。

近日，中国科学院南京土壤研究所王兴祥课题组近日在环境科学权威期刊Journal of Hazardous Materials（IF=9.038）上发表最新研究成果，运用代谢组学、蛋白组学方法与常规的病理组织分析相结合，比较低浓度砷污染土壤和正常土壤中的蚯蚓，揭示了低浓度砷污染土壤的潜在毒性，为土壤重金属生态毒性研究提供了新思路。

研究人员选择低浓度砷污染红壤（As=53.9 mg/kg）作为暴露介质, 以低于土壤污染风险筛选值的红壤（As=16.1 mg/kg）为对照。暴露培养14天后，赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）的体重和存活率无显著性差异，这说明低浓度砷污染土壤对赤子爱胜蚓的个体水平没有毒害效应。然而，病理组织切片分析与砷含量测试结果表明，低浓度砷污染处理后的蚯蚓后肠富集高浓度砷（高达131 mg/kg），对肠道上皮细胞、黄色细胞和体腔组织造成不同程度的损伤。

研究的技术路线图

以往研究表明。砷可降低过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性，然而对其蛋白质水平全景式的毒性作用机制知之甚少。因此，研究人员运用TMT标记的蛋白组学定量方法结合代谢组学展开进一步研究。研究共定量到5457个蛋白，树状聚类法显示砷处理诱导了29个上调和29个下调的差异表达蛋白，调控渗透代谢的可溶性钙绑定蛋白、抑制蛋白、钠/钾转运ATP酶等以及参与免疫功能的甘氨酸-tRNA连接酶显著变化。代谢组学分析结果显示，参与渗透代谢的甜菜碱、肌醇和二甲基甘氨酸等代谢物显著改变。结果证实了低浓度砷污染土壤严重干扰了蚯蚓的渗透平衡代谢和免疫系统。

参考文献

1. RongguiTang, et al., 2020, A new perspective on the toxicity of arsenic-contaminated soil: Tandem mass tag proteomics and metabolomics in earthworms. Journal of Hazardous Materials.