羟基多氯联苯在模式生物体内的迁移、转化规律及其内分泌干扰效应

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羟基多氯联苯(hydroxylated polychlorinated biphenyls,OH-PCBs)是典型环境持久性污染物多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)在生物体内的主要代谢产物之一,属于二代环境持久性污染物。一方面,环境中广泛存在的PCBs在生物体内由细胞色素P450(CYP450)单加氧化酶系直接氧化或经氧化芳烃等中间代谢产物介导而产生OH-PCBs;另一方面,有证据表明,具有半挥发性的PCBs在远距离迁移过程中能够与大气中的OH·发生反应形成OH-PCBs。环境中的OH-PCBs经过雨水冲刷、大气沉降等作用,相当一部分进入水环境中。水生生物作为水环境中的主要栖息生物,已经成为OH-PCBs等污染物在水环境中的主要蓄积库之一。目前,人群通过食用各种水产品接触OH-PCBs的报道已屡见不鲜;并且由于OH-PCBs结构上与天然雌激素、甲状腺激素类似,蓄积在动物体内会导致内分泌紊乱等生理功能异常,OH-PCBs作为潜在环境内分泌干扰物(endocrine disruptors,EDs)引起了广泛关注。本课题选择2,2,4,5,5-五氯联苯(PCB101,七种指示性PCBs之一,在生物体内能被代谢产生OH-PCBs)的羟基化代谢产物3-OH-PCB101、4-OH-PCB101为暴露化合物,以鲫鱼为水产品代表,向鲫鱼可食性组织中添加3-OH-PCB101、4-OH-PCB101制备暴露饲料,进而研究OH-PCBs通过摄食途径暴露后在小鼠不同组织中的分布、迁移及“再代谢”,并对OH-PCBs的代际传递特征和内分泌干扰效应进行探索。(1)选择鲫鱼为水产品代表,以小鼠为研究对象,向鲫鱼可食性组织添加3-OH-PCB101和4-OH-PCB101的混合标准溶液(1000 ng·m L-1)制作暴露饲料,并以小鼠每日摄食总量的10%对其投喂暴露饲料,开展短期暴露实验。分别在暴露实验的第12 h、24 h、72 h和168 h解剖后取各组织器官、收集粪便进行检测。结果显示,OH-PCB101在各组织中的分布浓度由高到低依次为大肠>胃>小肠>脾≈肺>心>肝>肾>血液≈脑>肌肉≈睾丸,且粪便中的浓度较高。分析数据发现,两种OH-PCB101主要分布于胃、肠等消化组织器官或通过粪便排出,并且倾向于持留在含血量较高的组织(如心、肺、脾)。同时发现在脑、心、肺、肝、肾、性腺、肌肉等组织样品中,4-OH-PCB101的浓度始终高于3-OH-PCB101,这可能是由于两种OH-PCB101结构的不同导致其在各组织中的分布存在差异。(2)根据本课题组前期对实际环境样品中OH-PCBs浓度的分析结果,按照(1)中的方案重新制作暴露饲料,使得小鼠通过每日摄食暴露OH-PCBs的量为2.5μg·kg-1(wet weight,ww),开展为期80天的暴露实验。该部分研究模拟人群通过日常摄入水产品的实际暴露情况,进而揭示OH-PCBs通过食物途径进入人体后的特异性蓄积及“再代谢”等规律。暴露实验期间,分别在不同时间取小鼠的血液、粪便和肺、脾、肝、肾等11个组织进行检测分析。结果发现,在小鼠体内存在由OH-PCB101向母体化合物PCB101的逆向转化过程,这可能从另一个角度解释了PCBs在环境中难以被完全消除的原因。大部分OH-PCB101蓄积在肠道内或随粪便排出体外,少量蓄积在心、肺和脾等组织中。此外,在脑、心、肺、脾、肝、胃、肠肾、性腺等组织中均发现了4-Me O-PCB101、3-Me SO2-PCB101和4-Me SO2-PCB101,这些物质的来源及代谢途径有待进一步研究。(3)对小鼠通过摄食途径暴露后其体内OH-PCB101的代际传递特征开展了研究。实验组分为两组:A组为按照(2)中的暴露实验方案通过摄食途径暴露四周后,经雌雄交配自然繁殖产生子代;B组为确认成功受孕后开始饲喂暴露饲料,同时设置相同数量的空白对照。在二代小鼠产生的第0 d、第7 d、第14 d、第21d以及第28 d,分别对其解剖取样并分析检测。与此同时,安排空白组子代小鼠向A组暴露组雌鼠哺乳。结果显示,雌鼠经摄食途径暴露后其体内的OH-PCB101能够同时通过胎盘和乳汁向子代传递,且相比于A组,B组雌鼠似乎更倾向于通过乳汁和/或胎盘向子代进行传递。随着子代小鼠的生长发育,OH-PCB101的浓度呈现下降的趋势,并在子代小鼠的胃、肠、肝、肾等组织中检测到甲磺基和甲氧基代谢物。该部分实验结果说明,OH-PCBs通过摄食途径进入动物体后,可能会通过胎盘和乳汁传递至子代,对子代正常生长发育具有潜在的安全隐患。(4)健康雌、雄小鼠经自然交配,分别在其妊娠第14天(GD 14)对妊娠雌鼠及雄鼠腹腔注射3-OH-PCB101、4-OH-PCB101(400μg·kg-1),同时设置空白对照组。在GD15、GD18、GD20分别取雌鼠血液及胎鼠羊水,同时取雄鼠和对照组血液样本。血液经离心分离血清,进而测定血清中雌二醇、睾酮和甲状腺素的水平。检测结果表明,在该暴露水平下,OH-PCB101对实验组小鼠及胎鼠羊水中三种激素水平的干扰存在不一致现象。主要体现为在雄鼠体内的抗雌激素、抗雄激素效应和在雌鼠体内的抗雄激素和雌激素效应,且对雌雄小鼠血清中甲状腺素(thyroxine,T4)的干扰相反。通过本研究可初步阐述代表性OH-PCBs经食物链进入生物体内后,在生物体各组织中的蓄积分布、迁移转化、代际传递传递特征及其潜在的内分泌干扰效应,对于了解OH-PCBs的生物有效性,以及全面认知PCBs二代污染物对环境、食品安全以及人体健康带来的安全隐患具有重要意义,也为有效监管与控制PCBs以及其二代污染物引起的水产品安全隐患提供了基础数据支撑。
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