手性拟除虫菊酯杀虫剂对映体选择性转运与代谢的动力学及分子机制

Pyrethroids, a class of synthetic pesticides, are widely used for agricultural and indoor insect control. Pyrethroid residues are frequently detected in surface water and agricultural products. Human are mainly exposed to pyrethroids through consumption of contaminated foods and drinking water. Pyrethroids are typical chiral compounds, exhibit enantioselectivity in biological processes, such as absorption, transportation, metabolism, toxicity, etc. However, most health risk assessments and toxicological studies of chiral pyrethroids ignore their enantioselectivity and failed to accurately evaluate their potential risk to human health. This project intends to investigate the enantioselectivity of permethrin and cypermethrin, the most widely used type I and type II pyrethroids, in transporter kinetic parameters and the mechanism of transporter protein in the human intestinal epithelial cells; identify the metabolic pathways, kinetic parameters and specific metabolic enzyme for pyrethroid enantiomers in human liver microsomes and reveal the enantioselective induction or inhibition in CYP450 activity by pyrethroids enantiomers in human hepatocytes; systemically compare and explore the effects of the three chiral centers (1RS, 3RS and αRS) on the laws of the pyrethroids enantiomers transportation and metabolism. These studies are scientifically valuable and significant for accurate evaluation of chiral pesticide risks to human health.

拟除虫菊酯是一类广泛、高频应用于工农林业和室内除虫的杀虫剂，在饮用水和食物中普遍残留，人类主要通过膳食受到暴露。拟除虫菊酯是典型的手性化合物，表现出生物学效应（例如吸收、转运、代谢、毒性等）上的对映体差异。然而目前多数拟除虫菊酯杀虫剂的健康风险评估以及毒理机制研究没有考虑其对映体选择性，难以真实反映其对人类健康的潜在风险。本项目拟以使用最为广泛的典型I型和II型拟除虫菊酯- - 氯菊酯和氯氰菊酯为对象，研究人肠上皮细胞中拟除虫菊酯对映体的转运动力学参数和转运蛋白介导机制；甄别人肝微粒体中拟除虫菊酯对映体的代谢通路、动力学参数和特定酶分子，揭示人肝细胞中拟除虫菊酯对映体选择性诱导或抑制CYP450酶活性的分子机制；系统性比较和探讨1RS、3RS和αRS这3个手性中心分别影响拟除虫菊酯对映体选择性转运和代谢的规律。这些研究数据对于准确评价手性农药的人类健康风险具有很强的科学价值和现实意义。

拟除虫菊酯是一类广泛用于工农林业和室内除虫的杀虫剂，环境介质中普遍残留。人类主要通过饮食、呼吸和室内环境的皮肤接触途径暴露。拟除虫菊酯是典型的手性化合物，表现出生物学效应（例如吸收、转运、代谢、毒性等）上的对映体差异。然而目前大多数拟除虫菊酯杀虫剂的健康风险评估以及毒理机制研究没有考虑其对映体选择性，难以真实反映其对人类健康的潜在风险。本项目以使用最为广泛的典型I型和II型拟除虫菊酯——顺式联苯菊酯、氯氰菊酯和氰戊菊酯为对象，建立了基于高效液相色谱（HPLC）对拟除虫菊酯高效、灵敏、快速的对映体分离及定量分析方法，以及建立了基于高效液相制备色谱的纯对映体的制备方法。以斑马鱼和蚯蚓为体内模型，研究了拟除虫菊酯对映体的生物转化、代谢和生物富集的规律。通过对顺式联苯菊酯对映体在斑马鱼体内的转化研究发现，S-cis-BF进入斑马鱼体内24 h后部分异构化转变成R-cis-BF，而R-cis-BF进入斑马鱼体内24 h后也会部分异构化转变成S-cis-BF，表明对映体在生物体内存在生物转化。选取了斑马鱼体内15种CYP酶，研究了cis-BF对这些酶基因表达干扰作用的对映体差异性。rac-cis-BF和S/R-cis-BF暴露能够干扰斑马鱼肝脏内CYP酶基因表达，对于某些CYP酶表达的干扰作用还存在显著的对映体差异。进一步的联合暴露实验表明，重金属和拟除虫菊酯对映体联合暴露毒性的增强是由于金属干扰了鱼体内CYP酶，使拟除虫菊酯在鱼体内对映体选择性代谢受阻，导致拟除虫菊酯毒性大的对映体残留增加，最终使联合毒性增强。通过生物富集实验发现，氰戊菊酯和其S型异构体顺式氰戊菊酯能富集到蚯蚓体内，而且毒性大的顺式氰戊菊酯在暴露末期生物富集因子（BSAFs）更小，表明氰戊菊酯和S型异构体的生物富集作用具有对映体选择性。这些研究数据对于准确评价手性农药的人类健康风险具有很强的科学价值和现实意义。以上研究结果发表16篇SCI论文。