手性三唑类农药在动物体中的选择性代谢机理及细胞毒性差异研究

Chiral pesticides, as an environmental pollutant, result in their occurrence in adjacent environmental systems such as atmosphere, water, soil and. Non-target organisms. In general, the enantiomers of chiral pesticides are different in some biological processes and thus pose stereoselective environmental behavior and ecotoxicity. Consequently, envinormental safety and environmental toxicology of chiral pesticides have been a new point of scientific researches. It was widely reported that metabolism in animals in vivo or in vitro of most enantiomers of chiral pesticides were stereoselective, but there was few systemic studies on metabolism mechanism, the differences of metabolism pathway and the differences of primary metabolites. Two chiral triazole pesticides, Myclobutanil and Fenbuconazole, were selected to study in rat in vivo and in vitro. After exposure of separate enantiomers, the concentrations of enantiomers and primary metabolites in rat tissues will be detected and the differences of pharmacokinetics and distributions of enantiomers will be investigation. The evolution of enantiomers and primary metabolites will be investigated in rat liver microsomes or primary hepatocytes in vitro. Meanwhile, specific inhibitors of metabolic enzymes will be involved for further revealing mechanism of stereoselective metabolism. This investigation will make more accurate and more comprehensive evaluation for environmental safety and ecological risks of chiral pesticides.

手性农药对映体在动物体内立体选择性富集和降解以及在动物体外立体选择性代谢和转化的研究已有较多报道，然而对手性农药对映体代谢机理、代谢途径的差异以及代谢物的差异仍缺乏深入研究。本项目以三唑类手性农药腈菌唑和腈苯唑为研究目标，以大鼠为实验动物进行体内试验，检测各组织中对映体及主要代谢物的含量，研究对映体间的药代动力学差异及组织分布特征；以大鼠肝微粒体和原代肝细胞为体外模型进行体外试验，利用同位素标记和高分辨质谱技术，检测对映体及主要代谢物随时间的变化规律，研究对映体的代谢途径并比较代谢途径的差异；利用特异性酶抑制剂进一步确定参与选择性代谢的生物酶，揭示对映体选择性代谢的机理。在对映体水平上系统研究手性农药母体及其代谢物在非靶标生物体系中选择性代谢的机理和细胞毒性差异可以对手性农药的环境安全性和生态风险性做出更准确更全面的评价，为开发高效低毒的单一对映体农药提供理论依据。

选取腈苯唑(FEN)和腈菌唑(MYC)作为三唑类手性农药的代表来研究其在SD大鼠体内的选择性代谢规律和毒性差异，并进一步揭示其代谢机理。本研究从体内暴露和体外肝微粒体试验两方面，为研究手性三唑类农药的选择性代谢和毒性提供了可靠依据，为客观准确的进行手性农药的安全评价奠定了基础。.利用手性色谱柱和液相色谱-质谱联用仪建立了FEN和MYC的两对手性对映体在大鼠组织中的残留分析方法，同时利用Fullscan+ddMS2的模式定性鉴定了两种手性农药在大鼠体内的主要代谢产物。.以经口灌胃方式进行FEN和MYC在雄性SD大鼠体内的暴露试验。结果表明，肝脏、小肠和肾脏是MYC吸收的主要场所，在心脏、肝脏、肺脏和睾丸会选择性富集(-)-MYC；在肾脏、肝脏和肺脏组织中会发生(+)-MYC向(-)-MYC的翻转而不会发生相反方向的翻转。肝脏和小肠是FEN吸收的主要场所，rac-FEN暴露组中血液的(+)-FEN代谢半衰期为3.882 h，(-)-FEN的代谢半衰期为2.628 h代谢较快。心脏、肾脏、肺脏和小肠中FEN单体的EF均在0.5~1.0之间波动，出现了(-)-FEN的立体选择性富集。.MYC的体内暴露中共检测出五种手性代谢产物，结果显示肝脏和肾脏是MYC代谢的主要场所。FEN共检测出六种代谢产物，肝脏和心脏是FEN代谢的主要场所，FEN代谢中的主要代谢酶可能是混合功能氧化酶(MFO, Mixed-Function Oxidase)。根据代谢产物，构建了FEN和MYC在SD大鼠体内的代谢途径。从基因层面研究了MYC和FEN暴露后对肝脏组织中相关代谢酶表达谱的影响，发现MYC和FEN暴露使得CYP1A1、CYP1A2、CYP2D6、CYP2E1、CYP3A2、UTG和GSTA基因表达水平出现显著上调。.体外肝微粒体的酶促反应和酶抑制反应试验结果表明，FEN和MYC对映异构体之间没有显著的立体选择性代谢差异，加入酶抑制剂后产生了与体内暴露中相同种类的代谢产物但其比例各不相同，且代谢产物与酶抑制剂没有显著的相关性。肝脏中代谢酶基因表达量恢复情况和肝脏的组织切片损伤情况结果表明，MYC和FEN均对大鼠肝脏具有一定的毒性作用。