黑素细胞与荧光白细胞如何保护阿拉伯拟鳉（Aphanius dispar）胚胎免受紫外线伤害

为什么微小鱼类胚胎需要天然防晒剂

许多鱼类终生生活在浅而阳光充足的水域，连它们的卵和胚胎也常常暴露在强烈的紫外线（UV）下。正如人类皮肤会被晒伤一样，这种辐射会损害发育中鱼类的 DNA 与细胞。本研究探讨了耐旱的沙漠鱼类——阿拉伯拟鳉胚胎，如何利用两类内建色素来防护紫外线：传统的深色“墨汁”以及异常的荧光“自发光”斑点。

在强烈阳光下生存的沙漠鱼

阿拉伯拟鳉（Aphanius dispar）栖息于中东地区炎热、浅且暴露的河流、河口与沿海水洼，那里遮蔽稀少，水温可达 40 °C。在这些光照充足的开阔环境中，成鱼与胚胎自产卵起便持续暴露于强烈日照之下。先前工作表明，胚胎在早期就形成了多层色素细胞：深色的黑素细胞、强烈荧光的荧光白细胞，以及反光的银箔细胞，像盾牌一样叠置。这提示色素的作用或不止于构成颜色图案——它们可能充当活体防晒层。

两种内建防护层

为检验这一假设，研究者利用 CRISPR/Cas9 基因编辑构建出缺失一种或两种色素的阿拉伯拟鳉。一条突变谱系（gch−/−）无法在荧光白细胞中合成荧光的嘧啶类色素；第二条（gch−/− tyr−/−）则同时失去荧光色素与黑素细胞中的深色黑素，接近白化表型。仅缺失荧光色素的成鱼外观与正常鱼相近，而双重突变体则明显苍白，皮肤与眼部深色丧失更为明显。在胚胎阶段，这些差异更加显著，从而可以直接比较不同色素组合对紫外线防护的影响。

用强烈紫外线测试胚胎

研究团队将四日龄的胚胎（来自正常、单突变与双重突变鱼系）暴露于强烈的紫外-C（UVC）光——这是一种能量很高、常用于实验室紫外线损伤测试的波段。随后他们在数天内监测存活率、测量心率，并检查卵黄表面色素细胞的形态与分布。他们还测量了与氧化损伤、蛋白质损伤和 DNA 修复相关的应激基因的表达活性。即便在对斑马鱼胚胎致死的剂量下，阿拉伯拟鳉胚胎也表现出惊人的耐受性，这暗示其在强烈日照环境下的生活方式已选择出卓越的紫外线抗性。

当防护层被移除时发生了什么

尽管总体上颇为强韧，但色素对抗紫外线有明显影响。缺失两种色素的胚胎（gch−/− tyr−/−）最为脆弱：随着紫外线剂量增加，它们的死亡率最高，心跳减慢最明显，且关键的“停止并修复”基因在 DNA 损伤后被激活的程度最大。仅缺失荧光色素的胚胎（gch−/−）处于中间状态——比正常胚胎更敏感，但不如双重突变体脆弱。所有谱系的色素细胞在紫外线照射后都出现聚集与形态变化，提示色素细胞对光有主动反应。在分子水平上，所有胚胎都上调了与一般氧化应激相关的基因，但突变体，尤其是双重突变体，在与蛋白质损伤和 DNA 修复相关基因的信号上更为强烈，表明在缺失色素时细胞受到的伤害更重。

这对自然和人类的意义

综合来看，结果表明黑色素与荧光嘧啶类色素共同在阿拉伯拟鳉胚胎中发挥生物防晒作用。黑色素强有力地限制了导致细胞停止分裂的损伤，而荧光色素似乎有助于减少热量和 DNA 损伤，可能通过安全地再发射吸收的光能来实现。缺失这些色素，即便是这种天生耐紫外线的物种，也会遭受更大的应激与更高的死亡率。除了阐明一种小型沙漠鱼如何在严酷日照下存活之外，这项工作还指出荧光嘧啶类色素作为一种有前景的、对环境友好的分子，可能启发新型防晒技术并有助于提高水产养殖物种的紫外线防护能力。

引用: Alenize, M., Minhas, R. & Kudoh, T. Melanophore and fluoroleucophore photo-protect the Arabian killifish, Aphanius dispar, embryo from ultraviolet light. Sci Rep 16, 7091 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37311-6

关键词: 紫外线防护, 鱼类色素, 阿拉伯拟鳉, 胚胎发育, 生物防晒剂