饮用水消毒作为二十世纪公共卫生领域最重要的技术进步之一,在杀灭水中病原微生物的同时也带来了饮用水中化学污染物的健康危害问题。这些化学污染物就是我们通常所说的消毒副产物（Disinfection by-products,DBPs）,它们是具有强氧化性的饮用水消毒剂与水源水中的有机物、无机物（包括溴化物、碘化物）等发生反应从而生成的一系列对人体健康具有潜在危害的化合物。饮用水中DBPs的种类和含量因消毒过程中使用的消毒剂种类以及水源水污染状况的不同而异。为尽可能地降低DBPs给人群带来的健康风险,世界各国或组织根据相关研究成果,先后将部分DBPs纳入其饮用水相关标准,包括三卤甲烷（Trihalomethanes,THMs）、卤乙酸（Haloacetic acids,HAAs）等。这些标准的实施给自来水厂净水工艺的改进提出了新的挑战。部分水厂为确保THMs、HAAs等受控DBPs符合水质标准要求,将氯化消毒改为氯胺消毒等其他消毒方式。然而,由于水源水不同程度地存在生产、生活污水或者藻类的污染,这些污染来源将增加水体中DBPs有机前体物可溶性有机氮（Dissolved organic nitrogen,DON）的含量,在氯胺等消毒剂作用下产生一系列高浓度的含氮类DBPs（Nitrogenous DBPs,N-DBPs）,卤代酰胺（Haloacetamides,HAc Ams）就是其中的典型代表。目前报道的HAc Ams有13种,它是指乙酰胺上的氢被卤素取代而形成的一类物质。美国、澳大利亚、日本、英国等国家部分地区饮用水HAc Ams最大总浓度在（3.80～8.18）μg/L,我国部分地区居民饮用水中HAc Ams的浓度范围为（0.1～3.1）μg/L。有限的毒性资料显示HAc Ams的细胞毒性、遗传毒性均显著高于THMs、HAAs、卤乙腈（Haloacetonitriles,HANs）、卤代硝基甲烷（Halonitromethanes,HNMs）等。上述研究说明,人们普遍存在通过饮用水途径的HAc Ams暴露,但是已有的毒性资料不足以阐明HAc Ams可能带来的健康危害,因此,有必要开展HAc Ams毒性研究,从而认识其对人类可能的健康危害及其作用机制。本研究将采用体外细胞模型、整体动物模型和职业暴露模型系统评价HAc Ams的毒性及其作用机制。首先,基于DBPs暴露途径选择胃黏膜上皮细胞（GES-1）和永生化表皮细胞（Ha Ca T）构建体外细胞模型开展HAc Ams的细胞毒性分析;在此基础上选择特征性HAc Ams（CAc Am、BAc Am、IAc Am）以斑马鱼胚胎为整体动物模型进行HAc Ams的发育毒性分析,并采用转录组学和代谢组学方法探讨HAc Ams毒作用机制、筛选内暴露标志物;最后以游泳馆教练员、救生员等DBPs职业暴露人群为对象采用代谢组学方法分析以HAc Ams为代表的DBPs暴露对人体代谢组的影响。第一部分卤代酰胺对GES-1和Ha Ca T的细胞毒性分析目的HAc Ams作为一种新兴的N-DBPs具有比其它常规DBPs更高的毒性,人们通过饮水、皮肤接触等途径暴露于DBPs,使用暴露途径相关的细胞系作为研究对象,将让人们更好地认识DBPs的毒性。方法在确定细胞密度、染毒时间等实验参数后,采用CCK-8检测HAc Ams对GES-1和Ha Ca T的细胞毒性,并在相同实验条件下对HAc Ams与三氯甲烷（Chloroform,CHCl3）的毒性进行比较;采用高内涵检测HAc Ams对细胞核大小、膜通透性、细胞色素C和线粒体膜电位的影响。结果13种HAc Ams对GES-1和Ha Ca T的半抑制浓度（50%inhibiting concentration,IC50）分别为（7.29×10-7~8.93×10-3）mol/L和（1.61×10-6~2.36×10-2）mol/L,对Ha Ca T细胞的IC50是GES-1细胞的1.01~4.72倍,总体毒性强弱顺序为DIAc Am＞IAc Am＞TBAc Am＞BAc Am＞DBCAc Am＞BIAc Am＞BDCAc Am＞CIAc Am＞BCAc Am≈DBAc Am＞CAc Am＞TCAc Am＞DCAc Am。CHCl3对GES-1的IC50为0.052 mol/L,是HAc Ams的5.83~7.13×104倍。HAc Ams不同程度地影响GES-1和Ha Ca T的细胞核大小、细胞膜通透性、线粒体膜电位、细胞色素C的水平,Br代HAc Ams表现出了更为显著的作用。结论胃粘膜来源的GES-1比皮肤上皮来源的Ha Ca T对HAc Ams毒性更加敏感,提示饮用水途径的DBPs暴露带来更高的健康风险。细胞凋亡可能在HAc Ams引起细胞毒性中发挥重要作用。第二部分一卤代酰胺（mono HAc Ams）对斑马鱼胚胎的发育毒性及其机制研究第一节mono HAc Ams对斑马鱼胚胎的发育毒性研究目的利用斑马鱼模型,分析mono HAc Ams对斑马鱼胚胎的发育毒性。方法采用2.50、5.00、10.0、20.0、40.0、80.0 mg/L的CAc Am、BAc Am和IAc Am对4 hpf斑马鱼胚胎染毒至120 hpf,观察胚胎的生长发育情况,包括孵化、畸形、死亡等,并在120 hpf采用Nodus斑马鱼幼鱼行为分析系统分析2.50、5.00和10.0mg/L浓度染毒对幼鱼运动行为的影响。结果72 hpf和96 hpf CAc Am、BAc Am和IAc Am的最高浓度染毒组胚胎孵化率均显著低于对照组,BAc Am染毒组的孵化率随着染毒浓度升高而逐渐降低,IAc Am染毒组在72 hpf时的孵化率也随着染毒浓度升高而逐渐减低而且在10.0、20.0、40.0 mg/L浓度下96 hpf的孵化率显著高于72 hpf。CAc Am、BAc Am和IAc Am染毒后胚胎畸形率随着浓度增加和时间延长而逐渐升高,在96 hpf时的半最大效应浓度（Half maximal effective concentration,EC50）分别为21.10、9.77和16.60 mg/L。从48 hpf开始胚胎死亡率也随着浓度增加和时间延长而逐渐升高,96 hpf时CAc Am、BAc Am和IAc Am的半数致死量（Median lethal dose,LD50）分别为28.20、11.89和17.25 mg/L。与对照组相比,染毒组幼鱼的活动性、移动速度以及移动距离都发生了一定的改变,而且10.0mg/L BAc Am染毒组幼鱼运动行为的明暗周期变化基本消失。结论HAc Ams可引起斑马鱼胚胎孵化延迟、身体畸形、死亡率增加、运动行为改变而表现出发育毒性,且BAc Am的毒性明显强于CAc Am和IAc Am。第二节溴乙酰胺（BAc Am）对斑马鱼胚胎发育毒性的机制研究目的在第一节我们发现mono HAc Ams具有发育毒性,因此,本部分拟探讨以BAc Am为代表的mono HAc Ams发育毒性的毒作用机制,并寻找可能的内暴露生物标志物。方法采用6.00×10-4、6.00×10-2以及6.00 mg/L BAc Am对4 hpf斑马鱼胚胎染毒至120 hpf,期间观察胚胎的生长发育情况和运动行为改变,120 hpf收集幼鱼,采用转录组测序技术（RNA-sequencing,RNA-seq）分析6.00×10-2 mg/L染毒组幼鱼转录组的改变、采用高效液相色谱-质谱联用技术（Liquid chromatography-mass spectrometry,LC-MS）分析6.00×10-4、6.00×10-2和6.00mg/L染毒组幼鱼代谢组的改变,分别进行差异表达基因、差异代谢物筛选和功能分析后,将转录组学与代谢组学结果相结合,明确BAc Am作用的基因、代谢物和通路,并通过SIEVE软件筛选出可能的内暴露生物标志物。结果6.00×10-4~6.00 mg/L BAc Am对斑马鱼胚胎发育仍具有一定的影响,主要表现在染毒组胚胎孵化率的降低以及最高剂量组畸形率的增加和运动行为的改变。转录组学分析共发现差异表达基因3751个,筛选后获得显著性差异表达基因2084个,其中显著上调1163个、显著下调921个,富集的通路包括谷胱甘肽代谢、唾液分泌、光传导等通路,涉及的差异基因包括谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase,GSH-Px）家族基因（Gpx2、Gpx1b）、谷胱甘肽S转移酶（Glutathione S-transferase,GST）超家族基因（Gstm.2、Gstp1、Gstp2、Gsto1、Gsto2、Mgst1.2、Mgst3b）、谷胱甘肽还原酶（Glutathione reductase,GSR）基因（Gsr）以及谷氨酸-半胱氨酸连接酶（Glutamate-cysteine ligase,GCL）的催化亚单位和调节亚单位基因（Gclc、Gclm）等。代谢组学分析共检测到151种代谢物,其中差异代谢物17种,主要富集于谷胱甘肽代谢、牛磺酸和次牛磺酸代谢等通路,涉及的差异代谢物包括L-半胱氨酸、氧化型谷胱甘肽、甘氨酸和牛磺酸。综合分析发现,BAc Am主要作用于谷胱甘肽代谢通路,通过对谷胱甘肽（GSH）的大量消耗带来机体的严重损伤。SIEVE软件筛选出6种可能的BAc Am内暴露生物标志物,分别命名为BM1-BM6。结论BAc Am通过影响谷胱甘肽代谢通路而产生发育毒性,筛选出的内暴露标志物将为BAc Am人体内暴露的相关研究提供依据。第三部分消毒副产物暴露人群代谢组学分析目的探讨以BAc Am为代表的DBPs暴露对游泳场馆教练员、救生员这一特殊DBPs暴露人群代谢组的影响。方法在完成37名研究对象的问卷调查后采集抗凝血和非抗凝血各5m L用于血常规、血生化的检测和代谢组学分析。采用LC-MS对教练员、救生员的全血和血清样本进行代谢组学分析并根据第二部分获得的BAc Am内暴露标志物信息对代谢组学数据进行标志物提取,然后按照游泳池水接触情况、内暴露标志物表达水平等对研究对象进行分组,分别进行差异代谢物筛选及其通路富集,并比较不同分组方式下研究对象血生化、血常规各项指标的差异。结果在人群血清代谢组学数据中提取到内暴露标志物BM4、全血提取到BM5,按照游泳池水接触情况、内暴露标志物BM4和BM5表达水平等不同分组方式对37名教练员、救生员的代谢组学数据进行差异代谢物筛选及其通路富集发现,按照游泳池水接触情况分组筛选出的全血和血清差异代谢物分别富集于16条和6条通路、按照内暴露标志物BM4分组筛选出的血清差异代谢物代谢物富集于21条通路、按照内暴露标志物BM5分组筛选出的全血差异代谢物代谢物富集于14条通路,不同分组方式下富集到部分共有的代谢通路,如半胱氨酸-蛋氨酸代谢通路、泛酸-Co A生物合成通路、谷胱甘肽代谢通路等。不同分组方式下,研究对象的淋巴细胞数、平均血红蛋白量、平均血红蛋白浓度等血常规指标存在显著性差异。结论以BAc Am为代表的DBPs暴露引起了教练员、救生员的代谢组改变,影响的主要代谢通路包括半胱氨酸-蛋氨酸代谢通路、泛酸-Co A生物合成通路、谷胱甘肽代谢通路等。