香港城市大学王文雄CREST特邀综述：生物成像在金属环境毒理研究中的应用——连接定位与功能

导读

香港城市大学王文雄教授以独立作者在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表了题为“生物成像在金属环境毒理研究中的应用——连接定位与功能（Bioimaging of metals in environmental toxicological studies: Linking localization and functionality）”的重磅特邀综述（Invited Review）。

西方有个谚语“眼见为实”。科学研究除了大量的抽象思维和逻辑推理外，眼见为实无疑已经根深蒂固地植入人们的心理，其实这个内涵就是如何研究结构位置，并由此做出合理的判断。结构和功能是现代科学（比如化学、物理、生物，甚至工科、社会科学等）的研究支柱。生物成像过程目前是生物医学的一个研究主流，其主要目的就是可以直接了当观察到生物的“像”，并如此得出生物的“能”。

图1 图文摘要

主要内容

过去由于缺乏直观的生物成像技术，大量的研究是从操作意义上（operationally defined）来定位金属在细胞生物中的分布和形态，并由此推理，验证这些不同形态的金属的生态毒理学意义，比如生物解毒、生物毒性、食物链传递和生物敏感性等。

图2 操作意义上定位金属在细胞生物中的分布和功能

近年来随着多种现代技术的应用，金属在生物体的成像过程研究已经成为可能，这为金属生态毒理学研究提供了大量的以前无法想象的研究空间和机会，通过这些技术，可以直接观察金属在细胞生物中的分布特征，并由此来研究这些金属在生物学上的意义。

在众多技术中，有两种技术特别值得一提，一个是纳米二次离子质谱技术（离子探针，NanoSIMS），另外一个是聚集诱导发光（aggregation-induced emission, AIE）技术。纳米二次离子质谱技术其分辨率达到50纳米，可以直接原位观察细胞在不受损伤的情况下，金属元素在亚细胞水平的结构形态分布等。AIE荧光技术可以提供金属在生物体里的可视化分布。这些现代技术的应用让人非常振奋，综述文章主要是总结这些技术的应用和它们在不同生物系统中应用的优势。

图3 纳米二次离子质谱技术（离子探针，NanoSIMS）观察铜锌在牡蛎不同细胞内的分布和结合形态

总结与展望

过去几十年来，金属生态毒理学研究有几个主要特点，一个是定量生态毒理学（包括预测），这方面有不同的数学模型起主要的作用，即从定性走到定量，这也是目前很多学科必须要考虑到的；另外一个是如何将形态结构和功能结合起来，这方面生物成像将起着一个重要作用。随着多种现代技术的应用，金属生态毒理学将进入一个新的阶段，传统的研究方法将会慢慢被取代，”看见才能相信“将会是一个研究支流。

作者简介

王文雄教授，香港城市大学能源与环境学院讲座教授和海洋与人类健康中心主任。1997-2020年在香港科技大学任教，担任了讲座教授和海岸海洋实验室主任。长期从事金属生态毒理学研究，迄今发表SCI论文480篇，其中85%为一作/通讯作者，在环境科学国际顶级杂志（ES&T）发表了70多篇论文，总引用次数超过23000次。2002年获得海外杰出青年称号，2003年获日本琵琶湖生态学奖，2006年获教育部“长江学者”讲座教授称号，2009年以独立完成人身份获得教育部自然科学奖一等奖，2013年当选国际海洋工程、科学和技术学会院士，2017年当选国际环境毒理和化学学会院士。

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|供稿：香港城市大学王文雄教授

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

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