基于体外代谢途径的拟除虫菊酯农药的生物标志物研究

拟除虫菊酯农药由于其自身优势，被广泛应用于农作物生产和害虫防治等领域，是环境中残留出现频率和水平最高的农药种类之一，且使用量逐年增加。该农药具有生殖内分泌毒性等，已被列入环境内分泌干扰物名单。虽然其部分代谢产物已被用来评价人群的暴露水平，但作为生物标志物尚存在争议。本项目拟选择I型中的苄氯菊酯、II型中的氰戊菊酯、溴氰菊酯和氯氟氰菊酯为研究对象，通过正在构建的人主要P450酶活性分析系统，运用体外酶反应学手段初步明确拟除虫菊酯的关键CYP酶、重要代谢产物及代谢动力学特征；然后分别在体外和整体水平上分析农药代谢与雌/雄激素干扰效应以及雄性生殖损害之间的关系，对候选代谢产物进一步筛选；最后再运用已建立的职业人群队列进行验证，最终确定拟除虫菊酯农药的接触性生物标志物。本项目是以化学物的体外代谢为基础，在兼顾其主要毒效应的前提下，正向寻找化学物的接触性生物标志物，将为该领域的研究提供新的探索途径。

细胞色素P450酶（CYP）是体内最重要的代谢酶，其介导的氧化还原反应可引起机体氧化应激，是环境污染物毒效应的关键环节。长期以来，CYP酶与拟除虫菊酯农药代谢及毒效应的关系一直未得到系统研究，其介导的活性代谢产物也不清楚。本课题利用体外代谢、整体动物染毒实验、体外功能研究、人群研究等，借助于现代毒理学、分子生物学、基因组学和蛋白质组学技术，系统阐明了拟除虫菊酯农药的代谢酶、重要代谢产物以及与毒效应的关系及分子机制。体外代谢显示，大鼠CYP2C11（人CYP2C9/19）、CYP3A1/23（人CYP3A4）可高效代谢拟除虫菊酯化学物，是其关键代谢酶，可生成以2’-OH和4’-OH为主的羟基化代谢产物。动物实验表明，拟除虫菊酯农药可诱导大鼠肝脏CYP2C11和CYP3A1的表达，并促进了羟基化代谢产物的生成，与其引起的雄性生殖内分泌功能紊乱有关。农药暴露人群的研究也初步验证了上述代谢产物。此外，基于基因表达谱芯片的Pathway分析显示，拟除虫菊酯农药引起的肝损伤，可能与钙信号和MAPK信号通路介导的氧化应激、糖脂代谢紊乱以及凋亡有关。研究结果初步揭示了羟基化产物作为拟除虫菊酯农药的生物学标志的可能性，为该农药毒性机制研究及人群健康防护提供了重要依据。