脂质组学在环境领域中的应用

脂质是生物体内重要的组成物质之一,具有多种重要的生物学功能。脂质组学作为代谢组学的一个重要分支,主要通过研究生物体内脂质化合物及脂质代谢谱的变化,进而鉴定生物标志物,分析相关代谢通路,阐明生物体响应外界刺激的机制。随着分析技术的不断进步,尤其是色谱和质谱技术的引入,极大地推动了脂质组学研究的发展,并扩展了其应用范围。本文介绍了脂质组学的研究方法及其在环境领域中的应用前景,重点讨论了脂质组学及多组学联用技术在环境胁迫耐受性及环境污染物毒性评价中的应用。     

FTIR在环境毒理学研究中的应用

傅里叶变换红外光谱(FTIR)作为一种常用化学分析方法,与多元统计分析方法相结合,可以识别生物分子的变化情况.红外光谱具有操作简单、快速、灵敏、样品无损等特点,逐渐在环境监测和污染物毒性效应方面被广泛应用.通过研究生物体受到外界胁迫时生物大分子在结构上的变化情况,可从分子水平揭示污染物的毒性效应及其毒性机制.笔者从FTIR在环境毒理学中的研究进展、技术优势,以及其在毒理学中的应用等方面进行了综述.     

全氟辛烷磺酸对斑马鱼肝脏影响机制的代谢组学研究

为探究全氟辛烷磺酸(PFOS)对水生动物肝脏的慢性毒性毒害机制,寻找其肝脏慢性毒性相关的潜在标志物,运用气相色谱-质谱联用仪代谢组学方法研究暴露于PFOS中斑马鱼肝脏内源性代谢物的变化,寻找显著性差异代谢物及相关通路。实验分为4组:对照组及PFOS浓度分别为10、100、250μg·L~(-1)的实验组,每组20尾斑马鱼,实验时长40 d。结果显示,与对照组相比,PFOS浓度为10μg·L~(-1)的斑马鱼肝脏中筛选出4种发生显著性变化的代谢物,分别为牛磺酸、磷酸乙酰胺、β-D-葡萄糖、油酸,涉及4条代谢通路,即牛磺酸和亚牛磺酸代谢、鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、糖酵解或葡萄糖生成。100μg·L~(-1)浓度组的斑马鱼肝脏中筛选出5种,包括牛磺酸、β-D-葡萄糖、棕榈酸、油酸、胆固醇,涉及5条代谢通路,即原代胆汁酸生物合成、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、类固醇生物合成、类固醇激素生物合成、糖酵解或葡萄糖生成。250μg·L~(-1)浓度组的斑马鱼肝脏中筛选出5种,即牛磺酸、β-D-葡萄糖、乳酸、甘油-3-磷酸、磷酸乙酰胺,涉及5条代谢通路:牛磺酸和亚牛磺酸代谢、甘油磷脂代谢、甘油脂代谢、鞘脂代谢、糖酵解或葡萄糖生成。根据筛选出的差异代谢物生理功能和其涉及代谢通路分析,推测PFOS主要通过影响牛磺酸和亚牛磺酸代谢、糖酵解或葡萄糖生成及一些脂类代谢从而对斑马鱼肝脏产生毒性效应,其中牛磺酸、葡萄糖与油酸这3种代谢物可作为斑马鱼受PFOS胁迫肝脏代谢异常的潜在标记物。     

全氟十二烷酸(PFDoA)慢性暴露干扰大鼠肝脏磷酸化蛋白质水平

全氟烷基类化合物(PFASs)是一类新型持久性有机污染物,因其独特的理化性质被广泛应用于工业和商业领域,对生物体具有一定的毒性作用。为探究全氟十二烷酸(PFDo A)致肝脏毒性作用机制,选择雄性大鼠为受试生物,采用2-DE蛋白质组学技术与Pro Q Diamond dye磷酸化蛋白染色结合的方法初步研究了不同剂量PFDo A暴露110 d后大鼠肝脏蛋白磷酸化水平的变化。结果表明,30个磷酸化蛋白表达水平在PFDo A处理后发生显著变化,其中,经过MALDI-TOF/TOF质谱分析,成功鉴定18个蛋白点。经过生物信息学分析,发现这些蛋白主要涉及糖脂代谢、氨基酸代谢、应激防御及电子传递等途径。以上结果有助于进一步从翻译后修饰水平了解PFDo A的肝脏毒性作用。     

基于有害结局路径的化学物质计算毒理学研究

计算毒理学利用分子致毒机制信息和数学模型预测化学物质对人体健康和环境的危害。有害结局路径(adverse outcome pathway, AOP)可将化学物质在个体水平的危害或有害结局(adverse outcome, AO)与其在分子水平上的启动事件(molecular initiating event, MIE)建立关联，为将表征分子致毒机制的体外生物测试数据应用到高通量的化学物质毒性预测中提供了可能。然而，目前缺乏基于有害结局路径的高通量预测化学物质毒性的研究。本研究基于AOP框架，联合ToxCast体外测试数据，选取101种典型环境化学物质进行毒性预测，并通过与PubChem内已报道的化学物质毒性比较，对预测结果进行评价。结果表明，基于AOP预测到101种化学物质共可潜在诱导58个AOs,覆盖了生殖毒性等在内的11个毒性类型。不同毒性类型的真阳性预测率(true positive rate, TPR)不同，其中致癌/遗传毒性、生殖毒性与消化系统毒性的TPR均超过了70%,而神经毒性与呼吸系统毒性的TPR均低于30%。不同毒性类型的TPR与AOP知识库中该毒性类型的AOP (P<0.02,r=0.685)、MIE(P<0.01,r=0.734)、体外生物测试的数量(P<0.01,r=0.752)和化学物质体外测试数量(P<0.01,r=0.293)呈显著正相关。综上，本研究的结果表明，增加高通量体外测试数据和丰富AOP知识库，将进一步提高对化学物质的潜在毒性预测的准确性，为未来化学物质的高通量筛查和风险评估提供支撑。     

基于气相/液相色谱-高分辨率质谱联用技术的非目标化合物分析方法研究进展

近10多年来随着色谱(气相色谱和液相色谱)和高分辨率质谱联用技术以及相关数据处理软件和数据库的发展,使得高通量的非目标化合物分析方法得以实现,并在环境研究、食品监管、药物研发以及生物代谢物研究等领域得到日益广泛的应用.本文综述了基于气相/液相色谱-高分辨率质谱联用技术的非目标化合物分析方法的研究进展,包括其分析方法策略、流程及其在环境研究领域的实际应用情况,并探讨了该方法所存在的问题和发展前景,为环境中的新兴污染物及其代谢转化产物、关键致毒物的甄别、环境健康风险评估等提供一种新兴的高通量分析鉴别技术.     

基于HepG2细胞脂质组学方法对黄浦江水质的综合评价

环境水体中复合污染的毒性识别一直是环境科学界关注的热点.基于代谢组学的生物监测方法通过监测暴露前后生物内源性代谢物的变化,在评估复合污染导致的综合毒性效应中具有广泛的应用前景.本研究从污染物对细胞脂类代谢的影响角度出发,采用体外肝癌细胞(HepG2)暴露和脂质组分析相结合的方法,对黄浦江干流和支流共27个采样点的水质进行了综合评价.研究发现,水样对HepG2细胞的脂代谢影响程度与采样点所属河段紧密相关.黄浦江中游水样对HepG2细胞的平均脂代谢影响程度(3.40％)高于上游(1.65％)和下游(0.78％),而流经城区的支流水样对细胞的脂代谢影响(5.20％)明显高于干流水样(1.80％).此外,在采集的水样中超过70％的样品都导致HepG2细胞内甘油三酯(TG)大量蓄积,揭示了黄浦江水体中的复合污染物可能诱导肝脏产生脂毒性损伤.本研究为环境水质监测提供新的方法,研究结果为上海市生态环境和水质安全管理部门提供重要的参考信息.     

多溴联苯醚在啮齿类动物体内的代谢动力学研究进展

多溴联苯醚(PBDEs)是一类持久性有机污染物(POPs),其作为一种广泛使用的溴化阻燃剂在环境中普遍存在.PBDEs对生物体和人体存在内分泌干扰等毒性危害,正受到人们越来越多的关注.然而目前PBDEs对人体造成的影响都是由动物实验(主要是啮齿类动物)外推而得,因此研究不同的PBDEs同系物在啮齿类动物体内的代谢动力学...     

有害结局路径(AOP)框架在水体复合污染监测研究中的应用

水体复合污染包含低浓度、种类复杂的毒害化学污染物,威胁人类健康和生态安全。监测并识别水体关键毒害污染因子是进行水质管理的前提,也是复合污染研究的难点。目前国内外在水复合污染毒性监测研究上主要基于动物活体试验或者生物体外测试。由于受限于毒理学测试方法,常见的应用通常仅关注于某方面的毒性效应或者少数的分子指标,因而受到质疑和挑战。有害结局路径(Adverse outcome pathway,AOP)的概念将化学污染物的结构、致毒的分子启动事件和生物毒性的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式。本文旨在论述有害结局路径在复合污染毒性评估和关键毒害物质鉴别中的指导性价值和意义。在有害结局路径的指导框架下,借助于生物体外高通量测试技术、化学分析的靶向和非靶向分析技术和生物信息学技术,可以系统地分析化学混合物在分子、细胞水平上健康相关指标的响应水平,评估水体中复杂结构污染物,与不同生态和健康有害结局之间的关联,为水环境评价和优先污染物的筛选管理提供有效支撑。本文通过综述AOP框架在复合水体中毒害物质风险研究的现状和优势,对AOP在水环境环境管理上的应用前景提出展望。     

有害结局路径(AOP)框架在水体复合污染监测研究中的应用

由于包含复杂的毒害化学污染物质,水体复合污染一直威胁着人类健康和水生生态安全。对复合污染水体进行监测、评估和治理是水环境管理的重点之一。监测并识别水体关键毒害污染因子是进行水质管理的前提,也是复合污染研究的难点。目前国内外在水复合污染毒性监测研究上主要基于动物活体试验或者生物体外测试。由于受限于毒理学测试方法,常见的应用通常仅关注于某方面的毒性效应或者少数的分子指标,因而受到质疑和挑战。有害结局路径(Adverse outcome pathway, AOP)的概念将化学污染物的结构、致毒的分子启动事件和生物毒性的有害结局建立关联,为污染物的毒性测试、预测和评估提供了新的模式。本文旨在论述有害结局路径在复合污染毒性评估和关键毒害物质鉴别中的指导性价值和意义。在有害结局路径的指导框架下,借助于生物体外高通量测试技术、化学分析的靶向和非靶向分析技术、和生物信息学技术,可以系统地分析化学混合物在分子、细胞水平上健康相关指标的响应水平,评估水体中复杂结构污染物,与不同生态和健康有害结局之间的关联,为水环境评价和优先污染物的筛选管理提供有效支撑。本文通过综述AOP框架在复合水体中毒害物质风险研究的现状和优势,对AOP在水环境环境管理上的应用前景提出展望。     

鱼体中有机微污染物的定量及筛查研究进展

化学品通过多种途径进入环境水体,可对水生生物及人体健康造成潜在风险.鱼类作为水环境污染物监测的指示生物,分析鱼体内有机微污染物的分布特征是评估水环境安全的重要方法.现有污染物种类繁多,且在生物体内存在降解转化的过程,基于靶向定量分析的监测方法难以系统、准确地评估鱼体中有机污染物的暴露特征.由于具有高分辨率、高质量精度、...     

代谢组学技术在环境毒理学研究中的应用

代谢组学作为系统生物学的一部分,通过考察机体受刺激后体液或组织中内源性代谢物的动态变化规律,并结合生物信息统计方法,可系统全面地揭示内因和外因作用于机体的毒性效应和机制。代谢组学技术具有快速、灵敏度高、选择性强的特点,逐渐在低剂量环境污染物长期暴露的毒性效应评估方面发挥出优势。本文综述了代谢组学技术的主要研究手段,在毒理学研究中的发展历程和优点,以及在环境毒理学研究中的应用及前景展望。重点讨论了代谢组学技术在重金属和持久性有机污染物(POPs)毒性评估以及环境胁迫耐受性评价中的应用。     

溴系阻燃剂毒理效应的计算模拟预测与环境风险评估进展

溴系阻燃剂(brominated flame retardants,BFRs)作为生产和使用量巨大的有机阻燃剂,在环境介质和生物体内被广泛检出。BFRs及其代谢产物会对生物体造成神经毒性、遗传毒性、发育毒性及内分泌干扰效应等,环境和健康风险得到日益广泛的关注。国内外学者通过最小二乘法(LS)和类似马尔可夫链蒙特卡罗算法(AMCMC)等统计分析方法建立了BFRs在环境中转化和归趋的预测模型,采用分子对接、分子动力学模拟和定量结构-活性关系(QSAR)模型等方法分析了BFRs及其代谢产物毒性作用的微观机制。综合近年来国内外的相关研究,发现BFRs的结构(取代基的类型和数量)会影响其环境行为和毒理效应,在总结研究成果的基础上,对BFRs的生态和健康风险进行评估,为其未来的研究和发展方向提供参考。     

卤代有机污染物抑制甲状腺激素代谢酶活性的研究进展

甲状腺激素(thyroid hormones,THs)对生物体细胞的正常发育和分化至关重要,甲状腺激素失调可引起中枢神经系统、肺、心血管和其他器官的异常发育。研究表明,环境中的卤代有机污染物(halogenated organic contaminants,HOCs)及其代谢产物具有甲状腺激素干扰效应。抑制参与THs代谢的生物酶,例如磺基转移酶(sulfotransferases,SULTs)和脱碘酶(deiodinases,DIs),是HOCs及其代谢产物干扰THs正常功能的重要方式。本文重点综述了HOCs对不同甲状腺激素代谢酶的抑制效应的研究,讨论了环境计算化学和预测毒理学方法在该领域的重要应用,期望为HOCs干扰甲状腺激素酶代谢活性的深入研究提供借鉴与参考。     

Chiral pharmaceuticals in the environment

Many pharmaceutical pollutants are chiral, existing in the environment as a single enantiomer or as mixtures of the two enantiomers. In spite of their similar physical and chemical properties, the different spatial configurations lead the enantiomers to have different interactions with enzymes, receptors or other chiral molecules, which can give diverse biological response. Consequently, biodegradation process and ecotoxicity tend to be enantioselective. Despite numerous ongoing research regarding analysis and monitorization of pharmaceutical ingredients in the environment, the fate and effects of single enantiomers of chiral pharmaceuticals (CP) in the environment are still largely unknown. There are only few chiral analytical methods to accurately measure the enantiomeric fraction (EF) in environmental matrices and during biodegradation processes. Furthermore, the ecotoxicity studies usually consider the enantiomeric pair as unique compound. We reviewed the current knowledge about CP in the environment, as well as the chiral analytical methods to determine the EF in environmental matrices. The degradation and removal processes of CP of important therapeutic classes, usually detected in the environment, and their toxicity to aquatic organisms were also reviewed. On the other hand, this review demonstrate that despite the great importance of the stereochemistry in pharmaceutical science, pharmacology and organic chemistry, this is normally neglected in environmental studies. Therefore, CP in the environment need much more attention from the scientific community, and more research within this subject is required.     

基于高通量分析的长江干流重庆段重点关注污染物筛选

应用高通量分析方法对长江干流重庆段11个断面水体中的潜在污染物进行了分析,共筛查到230种污染物。结合重庆市化学品生产使用统计结果,应用综合评分法对潜在污染物进行了评分和排序,筛选出33种流域重点关注污染物,包括农药、工业用品(邻苯二甲酸酯类、酚类雌激素、有机溶剂)及个人护理品(抗氧化剂、合成麝香、紫外吸收剂)等。结果表明,基于高通量分析方法和综合评分法可成功识别和筛选流域内重点关注污染物,为流域管理提供科学依据。     

四溴双酚A在土壤中的降解转化及残留研究进展

四溴双酚A (tetrabromobisphenol A,TBBPA)是全球生产量最大的溴代阻燃剂,广泛应用于电子产品和塑料等高分子材料的生产中.由于高的亲脂性及环境稳定性,TBBPA在土壤中易于累积.土壤作为污染物主要的汇之一,污染物在土壤中的环境过程和归趋对正确评价污染物的环境风险至关重要.本文综述了土壤中TBBPA在不同氧化还原条件(无氧条件,连续无氧-有氧条件和有氧条件)下、植物(芦苇和水稻)或蚯蚓(Metaphire guillelmi和Eisenia fetida)存在时的降解、矿化、代谢路径、不可提取态残留(non-extractable residues,NERs)形成和稳定性,以及相关微观机理.TBBPA在无氧条件下脱溴降解为双酚A,并稳定地存在于无氧土壤中.有氧土壤中的TBBPA经过甲基化、本位取代,以及烷基链断裂生成多种代谢产物.植物和蚯蚓会改变土壤中TBBPA的归趋,具体表现为明显降低TBBPA矿化,增加甲基化(形成更多甲基醚类代谢产物),减少NERs形成.TBBPA及其代谢产物可以和土壤中有机质以酯键和醚键的方式形成NERs.土壤氧化还原状态的改变会使NERs释放TBBPA及其代谢产物,但水稻根系分泌物添加到土壤中对NERs的释放没有显著影响.未来需要进一步研究TBBPA在土壤中转化的微生物学机制、土壤中NERs的形成机制、在生物体内的转化体制、以及土壤中不同形态NERs和生物体内NERs的稳定性和生物效应等,为全面准确评估TBBPA的环境风险提供科学依据.     

Physiological energetics of developing embryos and yolk-sac larvae of Atlantic cod (Gadus morhua). I. Respiration and nitrogen metabolism

This paper provides the basis for a general model of catabolic metabolism for developing embryos and yolk-sac larvae of Atlantic cod (Gadus morhua L.). Yolk-dependent routine rates of oxygen consumption, ammonia excretion, and accumulation of ammonium ions were related to quantitative changes in contents of glucose, glycogen, lactate, free amino acids, proteins and lipid classes (lipid classes published separately) in order to determine the rate and sequence of catabolic substrate oxidation that occurs with development at 6.0°C, 34.5 S. The stoichiometric relation of the oxygen consumption and total ammonia production to substrate utilisation indicated that during the first 2 to 3 d of development, glycogen was the sole substrate of oxidative metabolism. After formation of the syncytium, free amino acids (75%) together with polar lipids (13%, mainly phosphatidyl choline) and neutral lipids (9%, mainly triacylglycerol) comprised the metabolic fuels of embryonic development. Following hatch (Day 16 post fertilisation), the fuels were free amino acids (32%), polar lipids (20%, mainly phosphatidyl choline), neutral lipids (17%, mainly triacylglycerol) and proteins (31%). Thus, the catabolic metabolism of endogenously feeding Atlantic cod larvae was predominantly fuelled by amino acids (67%) and lipids (32%), while glycogen only accounted for 1% of the total enthalpy dissipated. It is proposed that the above sequence of catabolic substrate oxidation is also generally applicable to other cold-water fishes which spawn eggs that do not contain oil glubules.