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。     

大数据挖掘和机器学习在毒理学中的应用

随着高通量筛选技术的快速发展,化学品的毒性相关信息与日俱增。现今快速发展的数据挖掘技术和机器学习等计算机方法为化学品的毒性预测和风险防控提供了新途径。有害结局路径(adverse outcome pathway, AOP)将化合物的结构、分子启动事件和生物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,最终实现风险评估并应用于管理决策。定量结构-活性关系(QSAR)建模、分子模拟以及多组学技术在AOP的各个方面发挥了重要作用。基于此,本综述主要介绍数据挖掘与机器学习在毒理学中的应用方法,涉及QSAR建模、分子模拟及组学等方面,并结合实例分析系统阐述了当前研究的重点与方向,以更好地适应当前大数据时代的研究背景。     

基于斑马鱼毒理基因组学的化学品测试技术研究进展

大量缺乏毒性信息的化学品最终进入环境水体,对人类及生态生物产生潜在的危害与风险。提高化学品生物毒性测试与评估技术的通量和效率,是实现毒害化学物质环境与生态健康风险防控的关键。作为一种可以实现高通量测试的脊椎动物模型,斑马鱼胚胎测试在化学品的毒性评估中应用广泛。随着组学技术的发展,毒理基因组学可有效提取毒害化学品致毒过程中干扰生物学通路的信息。这些机制信息可用于对单物质或复合污染物生物毒性的筛选和预测。本文综述了不同斑马鱼胚胎测试技术在化学品毒性筛选评估管理与水环境复合污染毒性监测中的发展和应用,详细介绍了一种新型斑马鱼胚胎简化转录组学技术的方法流程和优势,并探讨了综合斑马鱼胚胎毒性测试、行为分析和组学等不同测试技术在化学品毒性测试、环境监测与评价中的应用前景。     

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。     

定量有害结局路径(qAOPs)评估环境化学物质毒性的研究进展Ⅰ:模型构建与应用案例

近年来,有害结局路径(adverse outcome pathway,AOP)框架逐渐发展成熟,将生物信息组织成一种可用于评估化学品对人体健康和生态环境生物毒性的新方法,其开发的目的是用于化学品的评估和监管工作,包括优先级评估和危害性预测,最终实现风险评估并服务于管理决策.尽管AOP框架取得了巨大进展,但将其有效应用于化学品监管需要对分子启动事件、关键事件和有害结局之间的关系进行定量描述,因此发展定量AOPs(quantitative AOPs,qAOPs)至关重要.本文首先概述了AOP框架的现状,包括AOP数据库(AOP Knowledge Base)、定性AOPs(qualitative AOPs)和qAOPs.其次主要介绍了qAOPs构建的基本框架与步骤、方法模型,现阶段已构建的qAOPs案例及其应用现状.最后论述了当前qAOPs发展中存在的问题与潜在解决方案,并展望了未来的发展趋势与潜在应用.     

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、...     

定量有害结局路径(qAOP)评估环境化学物质毒性的研究进展Ⅱ:类二噁英物质及AhR-qAOP

环境中不断检出具有二噁英结构并存在潜在生物毒性的新型污染物类二噁英物质(dioxin-like compounds,DLCs),识别并评估其生态与人体毒性对化学品风险防控具有重要意义.传统的化学品毒性测试方法已不能满足评估大批环境化学物质风险的需求,基于芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的有害结局路径(adverse outcome pathway,AOP)为准确评估潜在DLCs的生态与健康风险提供了新的策略.为指导预测新型DLCs的毒性,需在定性AhR-AOP基础上发展定量AOP.本文综述了AhR-AOP的研究现状,并总结了"AhR激活-胚胎毒性"定量AOP的最新进展,包括定量模型的开发、相关体外测试技术、对新型DLCs和不同物种的危害评估的适用性等.最后探讨了AhR-qAOP发展过程中的问题与潜在解决方案,对其应用于DLCs生态危害与风险评价的前景进行了展望.     

镉胁迫下水生动物的生物标志物研究进展

生物体特定组织或器官内重金属含量可反映环境重金属污染水平,但不能够提供分子水平的信息。生物标志物的变化可用于评估重金属暴露水平及对生物的潜在不利影响。生物标志物包括暴露标志物、效应标志物和易感性标志物。综述了水生动物抗氧化生物标志物、遗传毒性标志物、乙酰胆碱酯酶、金属硫蛋白和热休克蛋白等几种生物标志物监测水体镉污染的原理和应用现状,可为研究镉对水生动物的毒害机制提供参考,为防控重金属污染、保护水生生态系统提供理论依据。     

水体中典型重金属和全氟化合物对水生生物的联合毒性

水体作为环境污染因子的最终归宿,不仅容纳了越来越多的有毒物质,而且由于水体的立体性,水生生物极易受到多种因子的复合污染,易造成潜在的生态和健康风险。其中,重金属和持久性有机污染物因分布广、难降解且毒性效应复杂等特点,对水生生态易造成潜在危害而受到广泛的关注。环境污染往往是以混合物的形式联合存在,而联合毒性作用的相关研究较少。因此,本文围绕近年来典型重金属和全氟化合物的单一毒性,以及复合污染对水生动物的联合毒性作用进行了综述,现有的研究结果表明,复合污染对生物体存在联合毒性作用,可能表现为单一元素毒性作用、协同作用或拮抗作用,并对存在的问题和今后的关注重点进行了探讨,以便为未来的研究提供借鉴。     

类二噁英物质及芳香烃受体(AhR)介导的有害结局路径(AOP)研究进展

二噁英及类二噁英物质(dioxin-like compounds,DLCs)是一类高毒性化合物的统称,对其毒理学的研究一直都是备受关注的焦点。已有证据表明,高毒二噁英及DLCs主要通过激活芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR),进而导致一系列生物毒性。近年来越来越多的新型有机污染物被发现具有类二噁英分子结构并存在潜在生物毒性或活性。与此同时,如何评估二噁英及DLCs对本土生态生物的危害及其风险也受到更多关注。本文综述了近几年发现的新型二噁英物质、二噁英及DLCs的AhR致毒机制、相应的有害结局路径(adverse outcome pathway,AOP)及AOP在指导探索新型物质及物种敏感性方面上的新观点和发现,同时也展望了二噁英及DLCs在生态毒理及风险评估领域的未来研究方向。     

组合指数在环境混合物联合毒性研究中的初步应用

化学品在实际环境中总是以组分繁杂多变的混合物形式存在,其混合物的毒性评估与预测一直是环境毒理学研究重点。在环境毒理学领域,浓度加和(concentration addition,CA)及独立作用(independent action,IA)是评估与预测化学混合物联合毒性的经典模型,一般认为CA适用于作用模式相似的混合物体系而IA适用于作用模式相异的混合物体系,但如何使用CA与IA一直存在争议。组合指数(combination index,CI)是在半数效应方程基础上发展起来的不依赖于作用模式的用于混合物联合毒性评估的混合物毒性指数,具有坚实的理论基础,不仅能定性地评估毒理学相互作用,也能定量地评估相互作用的大小,已在药物组合研究中得以广泛应用,近年来已引起环境毒理学研究者兴趣。本文就组合指数及药物组合应用、进入环境毒理学领域、与CA及IA的关系、存在的问题等几个方面进行评述,以期推进CI在化学混合物毒性评估与预测领域中的应用。     

化学品环境风险管理需求与战略思考

在广泛调研收集化学品环境风险与污染危害等资料基础上,结合化学品环境管理的国内外形势与现状,针对我国目前存在的化学品环境管理体制不完善、环境风险防控工作滞后和技术支撑能力不足等问题,从国家战略层面分析了我国化学品全生命周期环境与健康风险管理需求,提出了我国化学品环境风险管理中长期发展目标及行动计划。行动计划涵盖了健全化学品法律法规和制度体系、系统开展化学品危害筛查和风险评估、推动有毒有害化学品的限制与淘汰、加强有毒有害化学品环境污染防治、提升化学品风险评估与管理能力和促进产业绿色发展等方面建议,对于我国加快构建完善的化学品风险管控制度和技术体系具有重要的参考和借鉴意义。     

中国纺织印染加工用化学品的风险评估

概述了我国纺织化学品风险管理在法规、标准指南、风险评估方面与国外的差距。并就纺织印染加工用化学品风险评估中的3个环节,即行业调研、化学品安全数据库构建和危害识别,提出并探讨了8个问题。行业调研环节,重点探讨了纺织化学品生产使用企业的调研问题,纺织化学品的信息透明度问题和混合组分问题;化学品安全数据库构建环节,探讨了纺织化学品安全信息的完整度和定量结构活性关系计算的缺陷;危害识别环节,探讨了纺织化学品中持久性、生物蓄积性和有毒(PBT)化学品,致癌、致畸和生殖毒性化学品(CMR)以及内分泌干扰物质(EDC)的识别。     

环境化学物对雄（男）性生殖损伤的评价指标及检测技术

随着工业的迅速发展,迄今为止,已有大约10万种化学物进入人们的日常生活.人们在生产和生活中接触的许多种环境化学物都会影响人类的生殖功能,使人类的生育能力特别是精子的质量和数量发生显著改变.环境化学物所造成的生殖损伤日益受到人们的重视,检测方法和检测技术日益成熟和完善.但大多数环境化学物对生殖的损害目前尚未得到全面地研究和认识,某些毒物的生殖毒性也需要重新认识与评价,生殖毒理学的研究任务迫切而艰巨.动物实验是生殖毒性评价中最主要的方法.在总结近年来国内外相关研究基础上综述了环境化学物动物实验中雄(男)性生殖损伤评价指标及检测技术,以期对环境化学物生殖毒性评价提供借鉴和参考.     

An expanded conceptual framework for solution-focused management of chemical pollution in European waters

Background

This paper describes a conceptual framework for solutions-focused management of chemical contaminants built on novel and systematic approaches for identifying, quantifying and reducing risks of these substances.

Methods

The conceptual framework was developed in interaction with stakeholders representing relevant authorities and organisations responsible for managing environmental quality of water bodies. Stakeholder needs were compiled via a survey and dialogue. The content of the conceptual framework was thereafter developed with inputs from relevant scientific disciplines.

Results

The conceptual framework consists of four access points: Chemicals, Environment, Abatement and Society, representing different aspects and approaches to engaging in the issue of chemical contamination of surface waters. It widens the scope for assessment and management of chemicals in comparison to a traditional (mostly) perchemical risk assessment approaches by including abatement- and societal approaches as optional solutions. The solution-focused approach implies an identification of abatement- and policy options upfront in the risk assessment process. The conceptual framework was designed for use in current and future chemical pollution assessments for the aquatic environment, including the specific challenges encountered in prioritising individual chemicals and mixtures, and is applicable for the development of approaches for safe chemical management in a broader sense. The four access points of the conceptual framework are interlinked by four key topics representing the main scientific challenges that need to be addressed, i.e.: identifying and prioritising hazardous chemicals at different scales; selecting relevant and efficient abatement options; providing regulatory support for chemicals management; predicting and prioritising future chemical risks. The conceptual framework aligns current challenges in the safe production and use of chemicals. The current state of knowledge and implementation of these challenges is described.

Conclusions

The use of the conceptual framework, and addressing the challenges, is intended to support: (1) forwarding sustainable use of chemicals, (2) identification of pollutants of priority concern for cost-effective management, (3) the selection of optimal abatement options and (4) the development and use of optimised legal and policy instruments.

     

Integrated risk assessment framework for transformation products of emerging contaminants: what we know and what we should know

● A better risk assessment can combine the improved non-target analysis method. ● Multi-evidence is advised in molecular determination and risk-based prioritization. ● Combining omics, multi-endpoint EDA, and machine learning to assess product risks. The continuous input of various emerging contaminants (ECs) has inevitably introduced large amounts of transformation products (TPs) in natural and engineering water scenarios. Structurally similar to the precursor species, the TPs are expected to possess comparative, if not more serious, environmental properties and risks. This review summarizes the state-of-the-art knowledge regarding the integrated risk assessment frameworks of TPs of ECs, mainly involving the exposure- and effect-driven analysis. The inadequate information within existing frameworks that was essential and critical for developing a better risk assessment framework was discussed. The main strategic improvements include (1) non-targeted product analysis in both laboratory and field samples, (2) omics-based high-throughput toxicity assessment, (3) multichannel-driven mode of action in conjugation with effect-directed analysis, and (4) machine learning technology. Overall, this review provides a concise but comprehensive insight into the optimized strategy for evaluating the environmental risks and screening the key toxic products from the cocktail mixtures of ECs and their TPs in the global water cycle. This facilitates deciphering the mode of toxicity in complex chemical mixtures and prioritizing the regulated TPs among the unknown products, which have the potential to be considered a class of novel “ECs” of great concern.     

组织残留法在水生生物基准中的应用概述

水生生物基准已成为生态风险评价和水环境管理的主要参考依据,在水污染治理、控制和管理以及水生生物保护方面发挥着重要作用。环境和生物学参数对基于水体或沉积物等外暴露浓度的毒性阈值和环境基准存在影响,使其具有变异性和不确定性。而基于组织残留的毒性剂量指标可以减少毒性值的变异性以及不确定性,特别是对于生物累积性物质而言,在毒性效应及环境基准研究中存在显著优势。针对组织残留法在水生生物基准研究中的应用,对组织残留法的概念、优势、应用,以及组织残留基准的推导方法等几个方面进行了综述,并提出了组织残留法在应用中存在的关键问题及建议,旨在推动环境基准、生态风险评价理论和方法的研究,以及为水环境管理和污染防治提供技术支持。