低剂量离子液体及相关混合物非单调剂量-效应曲线与分子机理研究

Low-dose and combined exposure of pollutants in environmental system are common. It was found that many low-dose chemical pollutants display nonmonotonic dose-response curves (NMDRCs) profiles, which challenges the risk assessment procedure of pollutants based on the threshold model. However, the vast mojorinty of studies on NMDRCs currently focused on the endocrine disruption chemicals (EDCs) and single chemicals but rarely on the mixtures with NMDRCs. In our previous studies, it was found that some ionic liquids (ILs) with a short side chains had NMDRC profiles in long-term toxicity tests and some mixtures not including ILs with NMDRCs had NMDRC profiles, too. To reveal the NMDRCs and molecular mechanism of non-EDCs and their mixtures, this program will select ILs as objective chemicals and systemically determine the toxicities of ILs and correlative mixtures in many exposure times. After screening out the ILs having NMDRC profiles, we use the direct equipartition ray design and uniform design ray procedure to design the mixtures including the ILs with NMDRCs and determine the toxicities of the mixtures. Selecting the ILs with typical NMDRCs and correlative mixtures as objectives, the molecular modeling are performed to explore the molecular mechanism. The achievements gotten in this program will provide a novel methodology and practical examples with the development of the environmental risk assessment procedure of non-EDCs with NMDRCs.

低剂量混合暴露是环境体系的普遍规律。发现许多低剂量化学污染物具有非单调剂量-效应曲线(NMDRCs)特征，正在挑战基于阈值模型的风险评价程序。然而，关于NMDRCs的研究目前集中在环境内分泌干扰物(EDCs)及单个物质，很少有NMDRC特征混合物的报道。我们曾发现部分短链离子液体(ILs)的长期毒性具有NMDRC特征，同时不具有NMDRCs的某些混合物却具有NMDRCs。为揭示非EDCs及相关混合物的NMDRC规律和分子机理，本项目将以ILs为研究对象，系统测试ILs及相关混合物在不同暴露时间内的毒性变化，筛选具有NMDRCs的ILs，以直接均分射线和均匀设计射线法设计包含NMDRC物质的相关混合物并进行毒性测试，选择典型NMDRCs的ILs和相关混合物进行分子模拟研究以探索NMDRCs的分子机理。为建立具有NMDRCs的非EDCs的环境风险评价程序提供新的方法与案例。

大量事实表明，许多化学污染物具有非单调剂量-效应曲线(NMDRCs)特征。具有低剂量刺激和高剂量抵制特征的所谓Hormesis被认为是普遍存在的一类NMDRCs。目前NMDRCs研究集中在环境内分泌干扰物及单个物质，很少有NMDRC特征混合物的报道。然而，低剂量混合暴露是环境体系的普遍规律。同时事实表明剂量-效应曲线具有时间依赖性。包含具有时间依赖NMDRC组分的多元混合物具有何种剂量效应特征以及其毒性如何评估与预测问题成为混合物风险评价中必须要解决的关键科学问题。本项目在我们发现部分短链离子液体具有时间依赖Hormesis特征基础上，应用直接均分射线法和均匀设计射线法合理有效地设计一系列代表性的二元与多元混合物，借时间依赖微板分析法系统测试不同暴露时间下各组分与混合物射线在不同浓度水平下的毒性效应，研究发展含Hormesis组分混合物的毒性评估与预测方法，通过分子模拟与实验研究产生Hormesis的分子机理，以期为相关混合物的毒性评估与风险评价提供方法与案例。研究发现，1-乙基-3-甲基咪唑离子液体对青海弧菌Q67发光抑制效应具有时间依赖的Hormesis现象，即剂量-效应曲线随暴露时间的延长逐渐由典型的单调S型曲线向非单调J型曲线转移，同时Q67中的发光相关物质及酶的变化具有类似规律。其它长链除丁基咪唑离子液体外其剂量-效应曲线虽然也具有时间依赖性但不出现Hormesis。尽管1-乙基-3-甲基咪唑离子液体在暴露15 min时并没有Hormesis，但包含它的二元、三元甚至六元混合物在15 min暴露时均呈现Hormesis。包含Hormesis组分的混合物毒性在低浓度下存在预测盲区不能通过浓度加和模型进行评估或预测，我们发展建立了基于三角剖分插值的混合物毒性评估与预测新方法，解决了这类二元混合物毒性的预测难题。结合分子模拟技术发现具有Hormesis分子可能优先结合于Q67荧光素酶的亚基导致亚基构象更趋柔性，促使亚基更易与FMN结合而产生刺激效应。项目成果发表论文14篇，其中SCI收录12篇, EI收录9篇；计算机软件著作权1项；出版专著1部；获得博士学位2人，硕士学位4人。