有机化学品非动物替代风险评估组学研究进展

暴露评估是有机化学品风险评估的关键环节.准确评估有机化学品对动物或人体的危害程度能够有效降低其潜在风险.化学品风险评估的传统方法主要基于动物实验,然而相对于复杂的体内实验,体外细胞毒性实验具有经济、快速、易于量化和可重复的优势.基于人类细胞或细胞系的高通量检测和筛选方法,更有利于表征化学品的毒性效应,满足有机化学品管控的需求.随着生命科学步入后基因组学时代,研究的视角更加广泛,借助于基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等组学工具,能够从基因表达的时空分布、蛋白质结构和功能的特性、蛋白质翻译后修饰以及代谢物的动态变化视角为化学品暴露风险评估提供多维度信息.本文从组学角度出发,系统地对近年来国内外有机化学品风险评估的研究进展、组学的研究策略以及组学在有机化学品风险评估中的应用进行了综述和展望,提出组学的联合应用将更加系统全面地探究化学品毒性机制,为我国非动物替代有机化学品暴露风险评估提供技术指引和参考.     

系统毒理学及其应用

系统毒理学是近5年来发展起来的一门新兴学科,代表着后基因组时代毒理学发展的新方向.所谓系统毒理学是指通过了解机体暴露后在不同剂量、不同时点的基因表达谱、蛋白质谱和代谢物谱的改变以及传统毒理学的研究参数,借助生物信息学和计算毒理学技术对其进行整合,从而系统地研究外源性化学物和环境应激等与机体相互作用的一门学科.系统毒理学有望在阐明毒物对机体损伤分子机制、分子生物标志物和危险度评价等方面取得突破.在总结国内外相关研究的基础上,综述了系统毒理学的诞生背景、研究策略、研究技术及其主要应用.尽管还有不足之处,但可以肯定系统毒理学的发展和应用将会对人类的环境与健康研究产生极大的推动作用.     

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。     

基于代谢组学技术的金刚烷胺胁迫刺参的毒性作用机制研究

本研究基于非靶向代谢组学方法,分析了暴露于100 μg·L^-1金刚烷胺下96 h的刺参代谢物组成及含量变化,以探究金刚烷胺对刺参肠道组织毒性及其相关分子机制。代谢组学结果表明,与对照组相比,金刚烷胺胁迫下,刺参肠道代谢物发生改变,共有115种差异表达代谢物,其主要功能分为二肽、类固醇、嘌呤和嘧啶。差异代谢物功能通路的富集结果表明,氨基酸代谢、脂质代谢、信号转导、核苷酸代谢和内分泌系统等生物过程受到显著影响。根据筛选出的差异代谢物的生理功能及其涉及的代谢通路分析,发现刺参信号传导和能量代谢功能受到干扰,可能由于腺苷和单磷酸腺苷(AMP)含量下降;睾酮和牛磺鹅去氧胆酸(TCDCA)含量下降可能对刺参的性别分化和胆固醇代谢产生影响;甘氨酸和脯氨酸含量上升可能是刺参胶原蛋白的降解造成的。本研究探究了金刚烷胺对刺参肠道组织毒性作用的分子机制及刺参的响应调控机制,为后期深入研究毒性机制提供理论依据。     

基于代谢组学技术分析磷酸三苯酯诱导斑马鱼胚胎发育毒性的分子机制

磷酸三苯酯(TPhP)是广泛存在于环境介质和生物体内的一种典型有机磷阻燃剂。为探求TPhP诱发水生动物发育毒性的分子机制,本研究以斑马鱼为模式动物,将发育至2.5 hpf (hours post fertilization)的斑马鱼胚胎暴露于0.0025、0.1、1、10、100和1 000 μg·L^-1 TPhP溶液至7 dpf (days post fertilization),考察斑马鱼胚胎生长发育指标和线粒体功能的变化,通过代谢组学分析揭示相关分子机制。结果表明,环境相关浓度(0.0025、0.1和1 μg·L^-1)TPhP对斑马鱼胚胎发育无显著影响,但是轻微干扰了斑马鱼的代谢过程。100和1 000 μg·L^-1 TPhP暴露引起斑马鱼心跳速率、孵化率和线粒体膜电位明显下调,畸形率分别增加6.8倍和12.5倍,死亡率分别增加7.2倍和16.5倍。代谢组学分析发现,10、100和1 000 μg·L^-1 TPhP显著抑制斑马鱼氨基酸代谢,降低缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸水平,抑制氨酰-tRNA生物合成过程;同时引起葡萄糖糖酵解过程和三羧酸循环发生障碍。氨基酸和糖代谢异常可能是TPhP引起斑马鱼发育畸形的主要原因,线粒体功能紊乱可能是TPhP诱发三羧酸循环障碍的原因。上述研究结果为TPhP发育毒性机制分析提供了新思路。     

二恶英暴露下奶牛血液代谢组学研究

旨在研究食用被PCDD/Fs污染的饲料对奶牛血液代谢组的影响。选择飞灰作为PCDD/Fs的载体,暴露期间将30 g飞灰与40 kg奶牛饲料均匀混合,使用配制的污染饲料饲喂奶牛,连续饲喂38 d后采集血液。采用液相色谱-质谱（LC-MS）联用技术对血液进行代谢组学分析,并且结合主成分分析（PCA）和正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）对代谢轮廓进行模式识别分析并筛选差异代谢产物。共鉴定差异代谢物50个,主要为氨基酸、胆酸、磷脂与脂肪酸类成分。将差异代谢物进行通路分析并注释,涉及19条代谢通路,主要与氨基酸、脂肪酸及胆碱代谢相关。PCDD/Fs暴露干扰了奶牛的脂肪酸代谢、氨基酸代谢、磷脂代谢、胆汁酸代谢,可作为PCDD/Fs暴露的靶标代谢通路供进一步的研究。     

基于质谱的高覆盖代谢组学数据采集策略研究进展及在环境毒理学的应用

代谢组学是分析细胞或生物体中小分子化合物的一门组学科学. 代谢组学的目标是尽可能分析特定生物样品中的所有代谢物,实现高覆盖分析. 基于质谱的技术促进了组学规模的代谢物检测,成为代谢组学的重要分析平台. 质谱数据采集策略的选择对获得全面且高质量的代谢谱图信息至关重要,影响数据采集率进而影响代谢组学的覆盖率. 本文全面综述了当前基于质谱的高覆盖代谢组学数据采集策略的研究进展,总结方法的优势和局限,并概述当前代谢组学方法在环境毒理学领域的新应用,最后讨论当前局限并对未来发展做出展望.     

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。     

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。     

美国工作组讨论化学品跨境风险评估方法

正2014年7月31日来源:Chemical Watch网站来自19个国家的消费品规制部门2014年7月在华盛顿参加了一次消费者安全和健康网络研讨会,分享化学品风险评估方法,并讨论为跨境共享产品信息建立一个美洲快速警报系统。美国玩具行业协会介绍其跨境风险评估方法。引自《化学品安全信息周报》2014年第32期总第296期(中国检验检疫科学研究院化学品安全研究所编译)     

环境胁迫对海水青鳉(Oryzias melastigma)的毒性效应在基因组学和蛋白质组学上的研究进展

近年来,海水青鳉(Oryzias melastigma)已经被公认为海洋生态毒理学研究中的一种模式生物,其具有与淡水模式生物斑马鱼(Danio rerio)类似的研究特征优势,如世代时间短(3～4个月)、每日产卵、成鱼尺寸小(2.5～3.5 cm)、胚胎透明、性别二态性以及易于进行实验室规模化养殖等。在过去十余年中,国内外的研究者们对海水青鳉进行了广泛的基因组和蛋白质组研究。这些组学数据能够进一步帮助我们在分子层面了解环境胁迫对海洋生物的潜在影响及其可能的毒性机制。在这篇综述中,我们归纳了海水青鳉作为海洋生态毒理学研究模型的优势,介绍了当前用于海水青鳉基因/蛋白质组学的技术方法,整理了基因/蛋白质组学在研究不同种类的海洋环境压力源对海水青鳉毒性效应的应用现状。最后,我们对未来海水青鳉的研究提出了一定的预期与展望。     

蜡样芽孢杆菌T4对TNT的降解及耐受机制

2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是1种硝基芳香族污染物,对人类和生态环境造成严重危害.全面了解微生物对TNT胁迫的细胞反应,对于开发合理的TNT修复技术是必要的.本研究以蜡样芽孢杆菌T4为研究对象,筛选细菌最适的生物刺激因子,分析外源营养物质刺激对细菌生长及TNT转化的影响.利用转录组和代谢组学技术,揭示微生物对TNT的降解和耐受机制.结果显示,该细菌的最适碳氮源分别为葡萄糖、酵母粉.当TNT浓度为100 mg·L-1时,培养基中葡萄糖和酵母粉浓度分别为9.08 g·L-1和0.94 g·L-1.在泥浆反应体系中接种TNT降解菌,TNT的降解率达到96.91％～97.73％.此外,共鉴定到892个差异表达基因和139个差异代谢物.组学联合分析表明,氨基酸代谢、碳水化合物代谢、能量代谢和膜转运途径参与了细菌对TNT的降解及耐受过程.     

有毒化学品的健康风险评价概论

本文介绍与有毒化学品健康风险评价有关的基本概念.阐明有毒化学品风险评价与风险管理的关系,概述健康风险评价的基本程序与方法,综述对健康风险评价进行管理的主要内容.     

典型石化企业排放有毒有害大气污染物人体健康风险评估

石化行业生产过程中会产生有毒有害大气污染物,并可能对人体健康产生危害。为贯彻落实《大气污染防治法》第七十八条中对有毒有害大气污染物(hazardous air pollutants,HAPs)实行风险管理,评估环境风险的要求,有必要开展石化企业排放HAPs的人体健康风险评估。本研究采用美国环境保护局(US EPA)发布的人体健康风险评估手册F部分吸入风险评估指南中的方法,推算出HAPs物质对人体健康的致癌风险值和非致癌风险值;通过CALPUFF模型模拟预测出典型石化企业HAPs物质扩散范围及空气中的浓度,并将模拟预测得到的污染物浓度与推算得到的风险值进行比较,进而表征园区内该企业排放HAPs对人体健康的风险。结果表明,基于最坏情况分析,该石化企业排放的HAPs致癌风险值为0.421μg·m-3,非致癌风险值为2.212μg·m-3,CALPUFF模拟预测空气中污染物浓度最大为0.62μg·m-3,且模型预测的月均浓度均未超过致癌和非致癌风险值,风险表征结果表明,该石化企业排放的HAPs物质对人体健康不存在致癌和非致癌风险。但本研究仅针对某石化企业开展人体健康风险评估,并不能代表石化行业排放有毒有害大气污染物对人体健康风险的整体水平。     

欧盟健康风险评估技术概述

1993年欧盟议会首次通过了已有物质的健康风险评估和危险物质对人类健康危害的风险评估2个指令,继而发布了技术指导文件并沿用至今,欧盟还据此颁布了以《化学品的注册、评估、授权和限制》(Regulation Concerning the Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals, REACH)为代表的一系列化学品管控法规,促进了化学生产、使用与管控技术的革新。本文综述了欧盟健康风险评估的发展历程、主要步骤方法及其应用进展。欧盟的健康风险评估主要从化学品的释放源和全生命周期入手,对化学品进行综合全面管控。其风险评估技术指导手册架构完整、内容详尽,整体上从危害识别、剂量-效应关系、暴露评估和风险表征4个部分进行了介绍,对健康风险评估中的标准方法、数据来源、参数选择与模型应用做出规定。并以此导则中的办法为基础,对141种化学品进行评估,推出一系列化学品管理办法,实现了优先控制化学品的筛选,值得我国化学品研究与管理工作者借鉴。     

部分中国城市公园重金属生态风险及健康风险评价

城市公园土壤环境质量会对城市环境质量和人体身心健康造成潜在影响.研究中国城市公园土壤重金属的含量并对其进行生态风险评价和健康风险评价,有利于了解城市环境质量,控制重金属对人体的危害.本研究在收集的全国25个省38个地区公园土壤重金属数据的基础上,应用美国EPA人体暴露风险评价方法对全国公园土壤重金属进行健康风险评价,采用地积累指数法分析其污染程度.结果表明,公园土壤重金属Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、As、Cd和Hg等9种重金属的平均含量分别为66.02、39.47、498.65、24.97、48.11、148.32、12.82、0.67、0.26 mg·kg-1,除了Mn和Ni外均高于中国土壤背景值,存在不同程度的积累;健康风险评价表明,3种途径中儿童和成人的日均暴露剂量排序均为Mn > Zn > Pb > Cu > Cr > Ni > As > Hg > Cd;儿童和成人的致癌排序均为As > Cr > Ni > Cd.土壤重金属的致癌风险指数除了As元素外均小于致癌风险值范围.总体而言,公园土壤与城市土壤重金属的含量大致相当,人们在游园时应注意其潜在的健康风险.     

A multi-level characterization method for the assessment of urban ecological risks

Urban ecological risk characterization is the final step in risk assessment and an important foundation upon which risk managers build risk aversion, risk control, and emergency handling strategies. In this study, we reviewed present risk characterization methods and proposed a multi-level characterization method for the assessment of urban ecological risks. The new characterization method consists of four elements: urban ecological risk sources, risk source probabilities, assessment endpoint indicators, and assessment endpoint indicator probabilities. Using this method, results of risk assessments can be organized into different levels of detail to meet different risk management goals.     

国内外污染场地环境风险评估框架形成与发展

城市工业企业搬迁与退役遗留大量污染场地,其潜在环境风险受到各国政府的高度重视。在化学品风险/毒性评估的基础上,欧美等发达国家(地区)率先发展和形成了独具特色的环境风险评估框架。我国在借鉴吸纳国外先进经验的基础上,逐步形成符合国情的场地环境风险评估框架。笔者系统梳理了我国和美国、欧盟、荷兰、英国等国家(地区)的污染场地环境风险评估框架形成与发展历程;分析阐释了各框架的首要目标、决策与管理过程、科学定位、关键创新等要素及其内涵;揭示了各个国家(地区)在特定历史时期关键法律法规、政策与技术文件等的推动、支撑及指导作用等。通过对比研究可为我国场地环境风险评估框架的完善与创新发展提供有益参考。