镉（Cd）是渤海典型的重金属污染物。线粒体被认为是镉毒性的主要靶点之一。目前，有关海洋鱼类线粒体对镉毒性响应的研究较少。镉（5和50 μg/L）暴露14天后，通过分析褐牙鲆（Paralichthys olivaceus）幼鱼鳃线粒体膜电位、线粒体超微形态以及蛋白质组学，探究了鳃线粒体对镉的毒性响应。两种浓度的镉均显著降低褐牙鲆鳃线粒体的膜电位。镉暴露导致褐牙鲆鳃线粒体超微形态损伤，并伴随线粒体数量增多但形态变小。基于iTRAQ的蛋白质组学分析表明，与对照组相比，镉暴露组中共鉴定到128个差异表达蛋白。经KEGG通路分析发现，这些差异蛋白涉及线粒体的多种生物学过程，包括线粒体形态和输入、三羧酸循环、氧化磷酸化、初级胆汁酸生物合成、应激和细胞凋亡等。基于以上结果得出结论，褐牙鲆鳃线粒体的能量稳态、胆固醇代谢、应激和凋亡以及线粒体形态的动态变化可能在机体应对镉暴露过程中发挥重要作用。