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.     

多溴联苯醚对芳香烃受体的激活作用及其介导毒性的研究进展

多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)是一类全球广泛存在的有机污染物,由于具有环境持久性,远距离传输,生物可累积性及对生物和人体有毒害效应等特性,是当前环境科学的热点研究对象之一.PBDEs的毒性包括生殖毒性、神经毒性、内分泌干扰、DNA损伤、免疫影响等,对人类以及环境具有潜在的威胁.芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)是一种配体激活转录因子,诱导许多编码药物代谢酶的基因,可以被二噁英强效激活并引发一系列毒性.PBDEs具有与二噁英相似的结构,而被认为是一种潜在的AhR配体,但是PBDEs通过AhR介导的毒性机理仍然不明确.本文介绍和讨论了近10多年来PBDEs对AhR激活作用的研究,以及诱导的基因表达和毒性效应.虽然各文献的研究手段以及结论不尽相同,大多数研究表明大部分PBDEs对AhR的激活效果较为微弱,但仍有些PBDE需要引起重视.例如,BDE-126在大鼠肝细胞中的激活作用比其同系物更为突出,BDE-99可以激活斑马鱼胚胎中的AhR.此外,大多数羟基化或甲氧基化多溴联苯醚在家禽胚胎肝细胞、大鼠肝癌细胞中可以激活AhR,且可能比PBDEs具有更高的毒性和生物积累性.     

荧光素酶表达基因法(CALUX)用于二噁英检测的研究进展

二噁英是当前环境中存在的毒性最大的物质,具有难分解性和高生物蓄积性,对人类造成了极大危害,其检测及控制至关重要。二噁英的检测方法主要包括高分辨气相色谱-高分辨质谱联机方法(HRGC-HRMS)、基于抗原-抗体的酶联免疫吸附法(ELISA)以及基于总毒性当量(TEQ)的生物检测法等,荧光素酶表达基因法(chemical-luciferase gene expression,CALUX)因其检测灵敏度和准确性高、检测范围广、操作简便快速、分析费用低等优点成为二噁英筛选检测的首选方法。本文对CALUX技术用于二噁英的检测研究进展进行了系统评述,并提出二噁英CALUX检测方法体系未来研究方向。     

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。     

二噁英类化合物的毒性作用机制及其生物检测方法

二噁英类化合物具有高毒性,来源多样且分布广泛,是持久性有机物的典型代表,二噁英类污染物及其对健康的危害已引起了公众的普遍关注。一些二噁英类同系物具有代谢稳定性,其毒性效应主要是通过芳香烃受体介导,而越来越多的研究表明二噁英类毒性作用机制的复杂性。在此背景下,综述了近些年在二噁英类毒性作用机制及其代谢途径的新认识,评价比较了主要二噁英类高通量生物检测方法,以期为该类污染物的环境污染物筛查和风险评估提供参考。     

高分辨气质联用分析大气颗粒物中的二噁英

二噁英由于持久性、高蓄积性、高毒性为人们所广为关注.它是多氯代二苯并二噁英类及多氯代呋喃类的简称(PCDD/PCDF),共有210种同分异构体.其中毒性最强的是2,3,7,8TCDD,动物实验表明其对天竺鼠(guineapig)的半致死剂量(LD50)为1μg·kg-1,是迄今为止发现过的致癌性最强的物     

某石化废水的综合毒性评价及其处理工艺对毒性的削减规律研究

利用生物毒性测试对环境中的污染物进行生态风险评价,是目前风险评价中的研究热点。本研究以明亮发光杆菌(Photobacterium phosphoreum)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和大型溞(Daphina magna)为受试生物,对某石化厂废水的处理流程中5个主要单元出水的急性毒性进行了测试,分析了其急性毒性与理化指标间的相关性;同时,为了解不同处理单元毒性去除效果及主要毒性来源,结合毒性鉴别评价(toxicity identification evaluation,TIE)技术对各阶段出水的毒性削减及其主要致毒物质类别进行了分析。毒性测试结果表明,该废水处理厂对石化废水的毒性去除效果比较显著,其中进水对明亮发光杆菌、斜生栅藻和大型溞分别表现为中毒、高毒和剧毒,最终处理后出水的毒性分别为无急性毒、中毒和微毒,对毒性的去除效率分别为96.4%、74.3%和99.5%。TIE结果表明,石化废水中的主要致毒物质是非极性有机物和可滤型物质。本研究结果为石化废水的综合生物毒性评价提供了研究基础,为探讨废水生物毒性的去除提供了实例参考。     

多溴联苯醚(PBDEs)光降解研究现状

多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)为一类新型的持久性有机污染物,因其在环境中的广泛分布和生物累积性而备受关注,环境中PBDEs的降解也成为研究热点.光降解是自然环境中PBDEs降解的主要途径之一,而光降解过程中会形成毒性更高的溴代二英.本文在总结国内外PBDEs光降解研究的基础上,对影响PBDEs光降解的因素(诸如:分子结构、光源、介质等)、途径和产物,特别是溴代二英的形成进行了综述,对目前存在问题及进一步的研究方向进行了讨论和展望.     

基于AhR信号通路的抗雌激素效应及其机制研究进展

芳香烃受体(AhR)是一种配体依赖型转录因子,在生物体内发挥着重要的生理功能,并能够介导某些外源物质的毒性作用.已有研究表明AhR通路在调控雌性生物体生殖方面发挥着重要作用,无论AhR缺失还是AhR被过度激活均会损害雌性个体的生殖健康.近期有报道表明当AhR通路被激活后,会通过多种途径干扰生物体内源雌激素受体(ER)通路,这提示了一种外源物质发挥抗雌激素效应的新模式.本文通过归纳整理国内外相关研究,首先从AhR信号通路被激活后将会抑制雌激素(E2)合成和促进E2代谢两方面阐述了AhR激动剂降低雌性个体内源E2水平的作用途径,接着又从活化的AhR通路直接抑制雌激素效应基因的转录、与ER通路竞争共调控因子和促进ER降解3个角度总结了AhR激动剂拮抗ER功能的分子机制,以期为相关物质的抗雌激素机制研究提供借鉴与参考.     

Adaptations of wild populations of the estuarine fish Fundulus heteroclitus to persistent environmental contaminants

Many aquatic species, including the estuarine fish Fundulus heteroclitus (mummichogs), adapt to local environmental conditions. We conducted studies to evaluate whether highly exposed populations of mummichogs adapt to toxic environmental contaminants. These fish populations are indigenous to an urban estuary contaminated with persistent and bioaccumulative contaminants (dioxin-like compounds, or DLCs) that are particularly toxic to the early development of fish. We conducted laboratory challenge experiments to compare mummichog embryos and larvae from reference sites and this highly contaminated site [New Bedford Harbor (NBH), Massachusetts, USA] for their sensitivity to DLCs. While there was variation in DLC-responsiveness within each group, fish from NBH were profoundly less sensitive to DLCs than reference fish. Specifically, concentrations of DLCs similar to those measured in NBH-collected mummichog eggs were lethal to reference embryos. Further, DLC-responsiveness was inherited and independent of maternal contaminant contributions. These findings are consistent with the conclusion that DLC contamination in NBH has contributed to the selection of fish that are resistant to the short-term toxic effects of these environmental-contaminant exposures. This adaptation may be a critical mechanism by which fish populations persist in this highly contaminated site. Further evaluation of this ecosystem may provide important information concerning the direct and indirect consequences of this “unnatural” selection. Received: 12 July 1998 / Accepted: 16 January 1999     

二恶英类毒理学研究新进展

二恶英类的毒理学研究已有30多年的历史,在一系列二恶英类污染事件和国际公约的推动下,近年来二恶英类毒理学研究成为备受关注的热点.综述了近年来二恶英类毒理学研究的一些新的观点和发现,涵盖了分子毒性机理、致癌毒性、非致癌毒性和非致癌剂量-效应风险度评价方法等诸多领域,其中TCDD毒性效应的负反馈调节机制研究和对人体健康非致癌效应的影响引起了国内外广大毒理学研究工作者的关注.在总结前人研究的基础上对二恶英类毒理学研究今后的发展进行了展望.     

基于本土物种的3种典型化合物急性生态效应阈值研究

预测无效应浓度(PNEC)是进行风险污染物水生态安全管理的重要依据。本研究进行了3种典型化合物五氯酚、硝基苯和氯化镉对10种我国不同营养级水生生物的24 h、48 h和96 h的急性毒性测试,根据实验结果计算了相应的急性PNEC,同时与根据美国环境保护局毒性数据库里的毒性数据计算获得的急性PNEC值,以及综合本实验结果与毒性数据库里的数据计算得到的急性PNEC值进行对比,发现通过3种数据来源获得的急性PNEC值中,硝基苯的PNEC值差异较大,由本次实验结果获得的急性PNEC值最小;其他2种化合物差异较小。这可能是由于本次实验所选的本土生物中华田螺和麦穗鱼对硝基苯比较敏感,并且数据库中硝基苯的急性致死数据较少、毒性值较大且变化范围较窄,而其他2种化合物数据量较为丰富,变化范围较宽,包括了较敏感物种的毒性数据。这表明为给我国水生生物提供一个安全可靠的保护,对于数据量较为丰富并且毒性值变化较宽的化合物(如五氯酚和氯化镉)可以直接根据数据库里的毒性数据进行PNEC值的计算;而对于毒性数据量较少、毒性值偏大且变化较窄的化合物(如硝基苯)需要进行本土敏感物种的毒性测试。     

紫外吸收剂在湖泊中的分布及其对底栖动物的毒性效应

紫外吸收剂大量用于工业材料和个人护理品中,近年来在水体中不断被检出,同时由于其高度亲脂性,易在底泥和水生生物体内富集,产生潜在的毒性效应,已成为一类新型污染物。本文综述了紫外吸收剂在湖泊环境中的分布和生物富集效应,重点分析了二苯甲酮类等典型紫外吸收剂对底栖动物的药物代谢系统、抗氧化系统及其生长发育的影响及其毒性作用机制,并对未来该领域的研究进行了展望。     

Bioindikation mit Wanderfalken

Goal and Scope

The Stockholm convention bans 12 prominent persistent organic pollutants (POPs), and the pertinent global monitoring programme recommends birds’ eggs as bio-indicators for the terrestrial food web. As top predators, Peregrine falcons are uniquely suited indicators because of their accumulating power for persistent and lipophilic compounds. On the other hand, the Peregrine falcon as a sentinel species was closer to extinction than other birds of prey. Only unremitting efforts of private omithologists throughout the past four decades in conjunction with the timely banning of organochlorine pesticides like DDT succeeded in saving the Peregrine population of Baden-Wueriternberg from extinction, in contrast to the Peregrine falcons of other German states or other European countries.

Methods

See vd Trenck et al. (2006).

Results and Conclusions

New results confirm the findings of the past long-term bio-monitoring. The main pollutants are PCBs (ca. 20 μg/g) and pp′-DDE (ca. 11 μg/g), the latter contributing >96% of all organochlorine pesticide residues (all concentrations on a dry matter basis). Both substances have followed a slightly increasing trend since 2004. The sum of the polychlorinated diphenyl ethers (PBDE) has fluctuated strongly in the past four years, and in 2006 amounted to 0.6 μg/g (mean without outliers), just as the mercury contamination of the eggs. PCB-156 as the main dioxin-like PCB followed with an average concentration of 0.35 μg/g. Only 10 out of 23 eggs analysed contained hexabromocyclododecane (HBCD) in measurable concentrations; the mean concentration of these eggs was 0.024 μg/g. Tetrabromobisphenol A (TBBA) was detected in all egg samples with a mean of 0.004 μg/g. Due to the many and diverse effects exerted by PCBs; the assessment of this group of compounds, with the aid of European and German regulations for food, proves to be a complex matter, which is currently in a state of flux. There is no doubt, however, that the mean pollution of the Peregrine eggs with toxic dioxin equivalents (WHO TEQ) has reached the no observed adverse effect level (NOAEL) known for chickens and osprey chicks, and the most polluted eggs exceed this threshold considerably. The toxic profile of PBDEs is similar to that of PCBs. They are known to promote tumour growth, to interfere with the thyroid hormone system resulting in toxicity for the neuronal development, to suppress the immune system, and to trigger stress reactions. Tests with highly purified BDE-47 have ruled out dioxin-like effects via Ah-receptor binding for this congener and such effects are therefore very unlikely for the whole class of compounds. At the present time, quantitative criteria for the assessment of the risk posed by PBDEs are not sufficiently reliable, and less so for HBCD and TBBA.

Recommendations and Perspectives

It is necessary to continue the bio-monitoring of POPs and similar pollutants in the terrestrial food web and to establish NOAELs as quantitative criteria for their assessment. Possible sources of dioxin-like PCBs and PCDD/Fs are to be pinpointed, and abatement measures are to be considered where background concentrations are significantly exceeded.     

氯代多环芳烃的污染现状及毒性研究进展

氯代多环芳烃(chlorinated polycyclic aromatic hydrocarbons,Cl-PAHs)是一种多环芳烃的氯代衍生物,具有与二噁英相似的毒性效应,并且在各种环境介质中广泛存在。Cl-PAHs已成为一种新型有机污染物,对生态环境和人体健康造成潜在的威胁。本文从Cl-PAHs的来源、污染现状、毒性效应与人体健康风险评价等几个方面对国内外有关Cl-PAHs的研究现状和最新进展进行了系统综述。     

全氟化合物污染现状及风险评估的研究进展

全氟化合物(polyfluorinated compounds,PFCs)是近年来受到广泛关注的一类新型持久性有机污染物。PFCs因具有优良的化学稳定性、耐热性以及高表面活性,而被广泛应用于生活消费和工业生产等领域。PFCs具有难降解、生物富集和长距离迁移等特点,已在大气、土壤和水体等环境介质及生物体中检出。在生态环境中,PFCs能够通过食物链不断传递放大,其具有的多种毒性效应已对生态系统和人类造成了一定的威胁。本文主要综述了PFCs在各类环境介质的污染现状、生物的毒性效应、人类摄入健康风险评估以及PFCs的降解研究,以期为未来PFCs的研究提供参考。     

Advances on Toxicological Mechanism of AhR Pathway and Early Biomonitoring of Persistent Organic Pollutants (POPs)in Aquatic Animals

过去30年,随着工农业的不断发展,由持久性有机污染物(POPs)导致的癌症患者不断增加.目前POPs已广泛存在于水生态系统中,对水生动物的生长发育、种群繁衍、群落结构等产生重要影响.虽然POPs对水生动物的毒理机制非常复杂,但研究表明其毒理机制主要通过芳香烃受体通道(Ah Rpathway)来进行调控.为全面理解水生动物AhR通道中每一个基因在毒理调控过程中的作用,论文从水生动物芳香烃通道的角度详细阐述了POPs的毒理机制,同时对水生动物中POPs的早期监测进行了讨论,最后提出了未来POPs毒理机制研究的发展方向.     

Dioxinähnliche polychlorierte Biphenyle (PCB) in der Umwelt

Goal and Scope

The state of the art on sources, transport and environmental fate, human exposure and toxicological risk assessment of dioxin-like polychlorinated biphenyls (PCB), and non dioxin-like PCB is described and summarized with focus on Germany and neighbouring countries.

Methods

Presentations and discussions of a two-days symposium in Germany are the primary source of information. The significance of dioxin-like PCB is evaluated in relation to polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDD) and dibenzofurans (PCDF). For that purpose, toxicity equivalent concentrations (TEQ) of both groups of contaminants in environmental matrices are compared.

Results and Conclusions

TEQ values of dioxin-like PCB are comparable to those of PCDD/PCDF in many environmental media; in food of animal origin PCB-TEQ is even higher. In most media, the non-ortho substituted PCB 126 has by far the highest contribution to the PCB-TEQ due to its high toxicity equivalency factor of 0.1. Atmospheric (long-range) transport obviously plays the major role for the diffuse PCB contamination of the environment. The transfer atmosphere-plant is apparently the key process for the entrance of dioxin-like PCB into terrestrial food chains.

Recommendation and Perspective

In spite of the decline of environmental contamination with PCB and PCDD/PCDF, a significant part of the general population in Germany and other European countries currently exceeds the tolerable intake of dioxin-like substances. However, also the results of a new toxicological risk assessment of non dioxin-like PCB implicate the need of further reduction of PCB exposure.