有机磷阻燃剂的鱼体代谢过程及其毒性效应的结构-活性关系

As substitution of brominated flame retardants, the ecological risk of organophosphorous flame retardants (OPFRs) has attracted great attention because of their rapidly increasing usage. The metabolism of OPFRs in organism and related toxicities are important in their risk assessment. In this project some typical OPFRs with great used amount are chosen as representatives to study their bioaccummulation, metabolism, and metabolic toxicities in fish. The metabolites of OPFRs will be identified and the enzymes related to the metabolism of OPFRs will be analyzed through the determination of the change in enzyme activity and expression of mRNA. Metabonomic methods will be used to select the sensitive metabonomic biomarkers and to analyze the effects of OPFRs on the normal metabolic pathways in fish. In order to reveal the relationships between metabolic toxicity and the structure of OPFRs, 2D and 3D quantitative structure-activity relationship models will be established. The toxicological mechanism of OPFRs will be elucidated based on the molecular interaction between OPFR molecule and macromolecule of organism. The results of the study will provide scientific information for the accurate assessment of the ecological risk of OPFRs and making efficient management policies.

作为溴代阻燃剂的替代品，有机磷阻燃剂 (OPFRs)因其使用量的迅速增加而产生的生态风险正在引起广泛关注，OPFRs在生物体内代谢过程及与代谢相关毒性是评价其风险的重要依据。本课题以鲫鱼和斑马鱼作为水生生物的典型代表，选择8-10种使用量较大的OPFRs，在测定其在鱼体内的富集和分布的基础上，系统研究其在鱼体内的代谢过程，追踪分析代谢产物和代谢途径；考察OPFRs暴露对鱼体内主要代谢酶活性及相关mRNA表达水平的影响；运用代谢组学方法筛选敏感特征代谢标志物，研究OPFRs对鱼体正常代谢通路的影响；根据代谢酶活性、mRNA及代谢标志物与OPFRs暴露的剂量-响应敏感性，构建OPFRs代谢毒性综合评价指标，运用二维和三维QSAR方法建立OPFRs分子结构与鱼体代谢毒性的定量结构-活性关系预测模型，从分子水平上揭示其致毒机理。为准确评价OPFRs的水生生态风险和制定有效的管理对策提供科学依据。

有机磷阻燃剂(OPFRs)作为溴代阻燃剂的替代品使用量日益增加，其对水生物的生态风险是引起广泛关注的热点环境问题。OPFRs在生物体内的富集和代谢过程及与代谢相关毒性是其风险评价的重要方面。本课题以斑马鱼作为水生生物的典型代表，对9种使用量较大的不同结构OPFRs在鱼体内的富集、组织分布和代谢转化过程进行了系统研究，发现OPFRs在与体内的富集速度较快，暴露14天即可达富集平衡，不同结构的OPFRs的富集系数有明显差异，其中最易富集的三对甲苯基磷酸酯的脂肪标化富集系数可达8900；代谢转化对OPFRs的富集过程有重要影响，其中最易水解的三-（二氯丙基）磷酸酯的转化对其富集的影响达43%，扣除代谢的影响后分配作用是影响OPFRs富集的关键因素；OPFRs在鱼体内的代谢转化包括水解、氧化羟基化和与葡萄糖醛酸结合等途径，对其水解产物磷酸二酯的定量分析显示，肝脏和肠道是其主要的代谢和排泄器官，且水解后的二酯产物不能透过血脑屏障进入鱼脑组织。OPFRs对斑马鱼胚胎的发育毒性和肝脏毒性研究显示，不同结构OPFRs对斑马鱼的胚胎发育毒性差异较大，其96h-LC50介于1.5-1250mg/L之间，从结构类型上看，芳基磷酸酯的毒性大于烷基磷酸酯，烷基上氯取代数的增加使其发育毒性迅速增加；芳基磷酸酯对斑马鱼的心脏发育有明显毒性，对NKX2-5、BMP4、TBX5基因表达的抑制可能是其造成心脏毒性的内在原因；成年斑马鱼暴露于OPFRs能引起肝脏中氧化应激、细胞周期调节、DNA修复和凋亡通路中相关基因表达的变化，且其毒性具有结构特异性、浓度特异性和性别特异性。综合运用代谢组学和转录组学手段研究斑马鱼暴露于OPFRs后体内代谢的变化，发现其主要干扰斑马鱼的糖代谢、脂肪代谢和脂肪酸代谢，对氨基酸代谢及渗透压调节质代谢也有一定影响。鱼体肝脏中重要代谢酶活性(包括CYP450酶(ECOD)、羧酸酯酶(CESE)、谷胱甘肽转移酶(GST)和乙酰胆碱酯酶(ACHE)随OPFRs暴露均有明显响应，其中TPHP和p-TCP对CESE从第3天开始表现出持续的显著性抑制，同源模建和分子对接结果表明，抑制作用可能与TPHP和p-TCP的苯环结构有关。这些研究结果为科学、准确认识OPFRs对水生生物的生态风险提供了重要依据。