有机农药与含铜、锌无机农药的协同毒性作用机理研究

Our knowledge of the toxicity of chemicals has come primarily from studies conducted on individual chemicals at relatively high concentrations, which can't be successfully applied to evaluate a mixture of environmentally relevant chemicals. Toxicity of pollutant mixtures might be underestimated due to a lack of understanding of the potential synergistic toxicity between those compounds. Organic pesticides like pentachlorophenol, metam sodium and inorganic pesticides like copper/ zinc-containing compounds have been found in soil and ground water near many farmlands, as well as in body fluids and tissues of people who are not occupationally exposed to them. Our recent study showed that exposure of E. coli to a combination of these pesticides resulted in synergistic toxic effect; moreover, the combination of metam sodium and copper/zinc can also cause synergistic neuro- and geno-toxicity. However, it is not clear whether the synergistic effects can also be observed in mammalian cells and in whole animals; what is the underlying molecular mechanism; and whether the natural thiol compounds can provide any protection against these synergistic toxic effects? Therefore, in this application, we plan to investigate the above questions by using HepG2 cells、SH-SY5Y cells、zebra fish and SD rats. We hope to get a better understanding of the synergistic mechanism, and establish a research method and evaluation system for studying the synergistic toxicity of a mixture of environmentally relevant chemicals.

目前对环境污染物毒性的认识主要来自对单一化合物的研究，不能成功用于评估复杂的环境混合物。不清楚物质之间的相互作用能否产生协同毒性而可能会低估某些环境污染物的毒性。五氯酚、威百亩等有机农药和含铜、锌等无机农药在许多农田附近的土壤和水体以及普通人群的体液和组织中，均发现同时共存。我们最近的研究表明，这两类物质共存时可以对大肠杆菌产生协同毒性效应，此外，威百亩等有机农药还可能通过与铜、锌的结合而诱发协同的神经毒性和基因毒性。然而，目前尚不知这种协同毒性作用是否也适用于哺乳动物细胞？是否也能在动物上观察到？其分子机理又如何？天然含硫化合物是否对上述协同毒性具有保护作用？因此，在本课题中，我们将采用HepG2细胞、SH-SY5Y细胞、斑马鱼和SD大鼠对上述问题进行深入探讨。有望深入理解其协同毒性作用机理，并建立一套针对环境污染物协同毒性的研究方法和评价体系。

真实环境暴露中，人们往往同时暴露于多种环境污染物。污染物的复合暴露可能对机体产生不可预期的复合效应，我们发现：1）环境污染物五氯酚（PCP）和含铜化合物铜-邻菲罗啉可以通过活性氧诱导的凋亡形式对肝细胞产生协同毒性，通过作用XIAP蛋白，使肝癌细胞比正常细胞对此毒性更为敏感；多卤酚类化合物-金属-邻菲罗啉三元络合物不同的配位模式与稳定性导致不同的生物效应：卤代酚类化合物与Cu(II)/Cu(OP)2对明亮发光杆菌可产生协同毒性；卤代氢醌和Cu(II)对DNA产生协同损伤，而卤代儿茶酚抑制Cu(OP)2诱导的DNA损伤；威百亩与铜、锌通过ROS/线粒体依赖凋亡对神经和肝细胞产生协同毒性；PCP与二氧化钛对斑马鱼产生协同氧化损伤；纳米二氧化钛和双酚A对斑马鱼整体产生协同毒性；多溴联苯醚BDE-209与铅协同诱导斑马鱼转录组学改变；天然含硫化合物可以保护铜所致生物大分子氧化损伤；以上研究为环境健康评价提供了新启示，也为环境污染物复合暴露，特别是有机与含金属无机污染物复合暴露的健康评价提供了理论基础和方法学参考。2）研究了PCP及其降解物内分泌干扰效应，发现：PCP和三氯酚对人肾上腺皮质瘤细胞株（H295R）具有内分泌干扰效应；二氯酚对H295R细胞和斑马鱼具有内分泌干扰及生殖毒性；PCP对大鼠垂体瘤细胞和斑马鱼具有甲状腺内分泌干扰效应；以上研究为典型污染物的内分泌干扰评价提供了新证据。3）发现PCP可通过形成亲脂性离子对促进含钌络合物DNA光开关活细胞核摄取，核摄取与离子对复合物的结合力呈正相关，与其脂溶性呈负相关；以上研究为其他具有生物医疗效应的细胞膜不通透金属络合物转入细胞内提供了一种全新方法。4）进行了羟胺类化合物对多卤代醌类致癌物解毒机理研究，发现N-羟基芳酰亚胺对多卤代醌的解毒机理是通过溶剂水介导的两步Lossen重排反应，而2-吡啶醛肟甲氯对四氯苯醌的解毒是一类新型二次Beckmann裂解反应，为研究其他羟胺类药物和卤代醌类致癌物提供了理论基础。5）发现PCP及其醌类代谢/降解产物产生化学发光与其毒性有结构-效应关系。