基于毒理学数据库整合有害结局路径(AOP)分析的有机磷酸酯毒性及机制研究

有机磷酸酯(organophosphate esters, OPEs)作为新型阻燃剂被广泛应用,然而其环境迁移导致的潜在毒性引起了广泛关注。已有研究表明,OPEs对神经系统和肝脏功能具有毒性。本研究系统回顾了近年来关于OPEs的毒理学研究,全面分析了OPEs诱导的神经、心脏、肝脏、内分泌干扰及生殖发育毒性通路,并构建了OPEs的有害结局路径(AOP)框架。研究结果表明,OPEs暴露可引起乙酰胆碱酯酶和多巴胺等神经发育关键酶活性的改变,进而导致神经递质系统紊乱。此外,OPEs诱导的氧化应激和线粒体功能障碍可导致细胞凋亡及肝脏代谢功能损伤。这些机制突出显示了发育期生物体对OPEs暴露的高度敏感性,长期暴露可能导致发育和代谢紊乱。本研究通过整合现有毒理学数据并构建AOP框架,为OPEs的毒性机制提供了新的见解,为未来新型OPEs的生态风险评估奠定了理论基础。     

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。     

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。     

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。     

基于毒理学数据库整合有害结局路径（AOP）分析的全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）诱导甲状腺毒性效应机制研究

甲状腺疾患是一种常见的内分泌系统疾病,其发展可能受到全氟及多氟烷基物质（PFAS）的影响. 本研究采用不良结局途径（AOP）分析框架,探讨全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）对甲状腺功能的潜在影响机制. 通过整合毒理学基因组学数据库（CTD）、GeneCards、DisGeNET、MalaCards、GO及KEGG的数据,建立了PFOS/PFOA-基因-表型-甲状腺疾病的网络模型. 以肿瘤坏死因子α（TNF-α）作为分子启动事件（MIE）,本研究揭示了PFOS和PFOA可通过升高TNF-α的水平,进而干扰甲状腺激素的代谢途径,诱发炎症反应、氧化应激及脂质与葡萄糖代谢的变化等关键事件（KE）发生,最终导致甲状腺功能障碍不良结局（AOP）. 这条AOP网络的发现为理解PFASs通过诱发炎症反应、氧化应激以及影响甲状腺激素、脂质和葡萄糖代谢从而对人类健康造成伤害提供了依据,对公共健康政策制定具有重要意义.     

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...     

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.     

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。     

有害结局路径在农药风险评估及管理中应用的探讨

我国农药使用量大、使用种类繁多,生鲜食品中存在农药复合污染情况。多种农药复合污染可能会导致联合毒性效应,国内外已有研究表明一些农药的二元、多元复合污染存在协同作用,为风险评估带来更大的挑战。有害结局路径（adverse outcome pathway,AOP）是一个概念框架,在与风险评估相关的生物学组织层面上,描述了有关分子起始事件与有害结局之间联系的现有知识。AOP的构建可以为农药暴露与人类某些疾病患病风险增加之间的联系提供机制信息,有望阐明农药潜在的毒性机制,从而促进筛查分析的施行。此外,AOP还可以为农药复合暴露的累积风险评估提供农药分组的依据。本文探讨了AOP在神经毒性、内分泌干扰、生殖发育毒性、遗传毒性和致癌性风险评估中的应用以及AOP在农药混合物风险评估和风险管理的可行性,最后对未来AOP的应用进行了展望。     

丙烯酰胺对水环境中典型微藻的毒性效应

作为可疑致癌物,丙烯酰胺（acrylamide,AM）是目前各国政府和广大民众普遍关注的重要污染物.为探究AM对水体生物的毒性效应及可能存在的生态风险,本文以海洋微藻东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）和淡水微藻莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）为研究对象,采用室内培养法,测定了不同暴露浓度的AM对2种微藻生长、形态和生理状态的影响.结果显示,AM对2种藻类生长均有显著的抑制作用（P<0.05）,96 h半抑制质量浓度（EC₅₀）分别为22.79 mg·L^-1和161.8 mg·L^-1;最高无抑制浓度（NOEC）分别为1.04 mg·L^-1和9.84 mg·L^-1.不同微藻对AM胁迫的响应存在较大的差异性,与莱茵衣藻相比,东海原甲藻对AM更敏感.扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）结果显示,当受到AM影响时,2种藻细胞严重变形,表现出塌陷、质壁分离、空泡数量增多和叶绿体片层结构少量断裂等现象;叶绿素含量和F_v/F_m（PSⅡ最大光化学量子产量）测试表明AM可以通过破坏微藻的光合系统而抑制光合作用.AM对东海原甲藻属于中毒性物质,对莱茵衣藻属于低毒性物质.     

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.     

水生态基准方法学概述及建立我国水生态基准的探讨（Methodologies for Deriving Water Quality Criteria to Protect Aquatic Life（ALC）and Proposal for Development of ALC in China: A Review）

水生态基准的研究和制定对于控制进入水环境污染物的种类和数量,保护水体生物多样性及整个水生态系统的结构和功能具有重要意义.论文对不同国家和地区现有的主要水生态基准推导方法进行了概述,并从基准保护目标、数据的收集与评估、基准的计算方法等几个方面对各国水质基准推导方法进行了比较.参照国外水质基准的推导过程及我国水生态系统的特征,探讨了合理可行的水生态基准保护目标、计算方法及推导流程,并对我国水生态基准的推导中可能存在的问题进行了讨论.     

Modelling effects of chemical exposure on birds wintering in agricultural landscapes: The western burrowing owl (Athene cunicularia hypugaea) as a case study

We describe an ecotoxicological model that simulates the sublethal and lethal effects of chronic, low-level, chemical exposure on birds wintering in agricultural landscapes. Previous models estimating the impact on wildlife of chemicals used in agro-ecosystems typically have not included the variety of pathways, including both dermal and oral, by which individuals are exposed. The present model contains four submodels simulating (1) foraging behavior of individual birds, (2) chemical applications to crops, (3) transfers of chemicals among soil, insects, and small mammals, and (4) transfers of chemicals to birds via ingestion and dermal exposure. We demonstrate use of the model by simulating the impacts of a variety of commonly used herbicides, insecticides, growth regulators, and defoliants on western burrowing owls (Athene cunicularia hypugaea) that winter in agricultural landscapes in southern Texas, United States. The model generated reasonable movement patterns for each chemical through soil, water, insects, and rodents, as well as into the owl via consumption and dermal absorption. Sensitivity analysis suggested model predictions were sensitive to uncertainty associated with estimates of chemical half-lives in birds, soil, and prey, sensitive to parameters associated with estimating dermal exposure, and relatively insensitive to uncertainty associated with details of chemical application procedures (timing of application, amount of drift). Nonetheless, the general trends in chemical accumulations and the relative impacts of the various chemicals were robust to these parameter changes. Simulation results suggested that insecticides posed a greater potential risk to owls of both sublethal and lethal effects than do herbicides, defoliants, and growth regulators under crop scenarios typical of southern Texas, and that use of multiple indicators, or endpoints provided a more accurate assessment of risk due to agricultural chemical exposure. The model should prove useful in helping prioritize the chemicals and transfer pathways targeted in future studies and also, as these new data become available, in assessing the relative danger to other birds of exposure to different types of agricultural chemicals.     

贫营养型水库中罗非鱼对浮游植物的影响:围隔实验

于2009年9～11月在贫营养型的大型深水水库(流溪河水库)中进行了围隔(体积约为85 m3)实验,分析了罗非鱼对浮游植物的影响.根据水库中现有鱼类的生物量,设置加鱼处理组(2 g/m3)和无鱼对照组两组.每组有3个重复,实验开始后每周采样一次,测定水质与采集浮游生物定性和定量样品.实验结果表明,加鱼处理组和对照组的总氮、可溶性无机氮没有明显差别,实验后期的总磷与正磷有一定差别,处理组略高于对照组.加鱼处理组浮游植物丰度及生物量、叶绿素a的含量显著高于对照组(P<0.05),且透明度低于对照组,个体小于30μm的浮游植物种类的丰度与生物量较明显增加,浮游动物丰度显著低于对照组(P<0.05),但是生物量差异不显著(P>0.05).总的来说,在贫营养条件下,低生物量的罗非鱼对水库浮游植物群落结构仍有着明显的影响,罗非鱼排泄产生的上行效应大于摄食产生的下行效应.