基于信鸽的生物配体垂钓技术：城市大气中芳香烃受体活性有机污染物的筛查

The complex sources of urban air pollution in China has caused co-existence of airborne organic toxicants, making the toxicity effect prediction difficult by only measuring target contaminants. Therefore, it is urgent to develop the simple and efficient toxicity identification method to diagnose the key organic toxicants under long-term respiration exposure. Based on the previous study on homing pigeon as atmospheric biomonitor, the proposed project plans to develop biotic ligand fishing technique based on homing pigeon as biomonitor to identify key Aryl hydrocarbon receptor (AhR) agonists in urban air. This technique will combine the bioavailability and mode of action, which is direct binding of pollutants and target receptor, into toxicant identification. First, the influence of extract solvent, target receptor concentrations, incubation time and washing time on the fishing efficiency will be investigated to develop the biotic ligand fishing technique. Then, the adult homing pigeons raised in Guangzhou urban area will be collected. The muscle tissue extraction will process ligand fishing. After identification of the unknow AhR agonists and confirmation by chemical analysis of homing pigeon and air sample and in vitro cell bioassay, the key AhR agonists in Guangzhou urban air was identified at last. The biotic ligand fishing technique based on homing pigeon provide a new method for airborne toxicant identification and will serve as scientific basis for air pollution control and management.

我国城市大气污染来源复杂，多种毒害有机污染物共存，仅通过监测目标污染物难以对毒性效应进行准确评估。因此迫切需要建立简单有效的毒性识别方法，对长期呼吸暴露下的关键致毒有机污染物进行筛查。本项目拟在前期信鸽大气生物监测研究的基础上，建立基于信鸽的配体垂钓技术，进而对城市大气中芳香烃受体活性有机污染物进行筛查，将生物可利用性以及污染物和靶标受体结合的毒性机理应用于毒性识别。首先，通过探究萃取液类型、靶标受体浓度、孵育时间和淋洗时间对活性配体分离效率的影响，建立生物配体垂钓方法。然后，采集广州市区的成年信鸽，对肌肉组织萃取液进行配体垂钓，经过对未知活性污染物的定性分析、信鸽和大气样品中浓度定量以及细胞测试的毒性确认，最终实现筛查出广州城市大气中的关键芳香烃受体活性有机污染物的目的。基于信鸽的生物配体垂钓技术为大气有机污染物的毒性识别提供了新思路，也为大气污染的管控防治提供科学依据。

近几年我国大气环境问题凸显，城市作为人口高密度聚集区，大气污染直接威胁着城市居民的健康，十分有必要对城市大气中复合污染物的生物积累特征和毒性效应进行深入研究。但是传统的大气污染监测往往只能定量气相和颗粒相中污染物的浓度，缺乏生物积累和效应信息。本研究利用信鸽进行大气生物监测，分析了长期呼吸暴露下典型有机污染物在信鸽体内的生物积累特征，并且基于信鸽组织的病理切片结果，揭示了大气污染暴露-生物积累-毒性效应的强关联性，为大气污染的管控防治提供有效支撑。首先，选取空气质量相对较好的南方城市广州，和北方煤炭城市大同作为采样区域进行对比研究，采集以城区为日常活动范围的成年信鸽，对信鸽的肺、肝脏和脂肪组织中多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药和卤代阻燃剂进行定量分析，发现大同信鸽体内污染物浓度要普遍高于广州。接着，通过分析不同种类污染物的积累浓度，发现污染物的正辛醇-空气分配系数(Koa)显著影响其在不同组织器官中的分配。高Koa的污染物在肺组织中浓度最高，而低Koa的污染物在脂肪组织中浓度最高。这是由于高Koa的污染物大部分附着在大气颗粒相，其中含有污染物的细颗粒可以通过呼吸进入信鸽肺部发生沉积，而且这部分污染物的生物可利用性较低，难以从细颗粒中解吸下来进而迁移到其他器官，主要以附着于颗粒物的形式沉积在肺组织中，因此造成测得的肺组织浓度最高。而且信鸽肺组织切片中可以观察到明显的碳沫沉积现象，说明细颗粒在信鸽肺部的累积存在。此外，通过信鸽体内浓度和大气浓度计算出了污染物的生物富集因子，分析了大同市信鸽肺部和肝脏的病理切片数据，发现信鸽长期暴露在大气污染物中会对肺部和肝脏造成毒性，导致肺部碳末沉积、炎细胞浸润和毛细气管隔断裂增宽，肝脏细胞水肿、汇管区纤维化和界板性炎，大同信鸽的病变发生率要显著高于广州，为评估城市居民的呼吸暴露风险提供参考。最后，探索建立了以乙酰胆碱酯酶为受体蛋白的配体垂钓方法，并应用于筛查地表水体中具有乙酰胆碱酯酶活性的污染物。