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生态毒理学报 2020年第3期15卷 108-115页

作者：刘敏殷浩文王绿平王樱芝沈璐朱慧上海市检测中心生物与安全检测实验室上海201203

在地表水中检出高浓度的安乃近代谢产物4-乙酰氨基安替比林(4-AAA),但目前缺乏对4-AAA的生态毒性研究,故无法评价其生态风险。采用经济合作与发展组织(OECD)标准测试方法,研究4-AAA对藻、大型溞和鱼的急性毒性效应。结果表明,在1500 mg... 详细信息

在地表水中检出高浓度的安乃近代谢产物4-乙酰氨基安替比林(4-AAA),但目前缺乏对4-AAA的生态毒性研究,故无法评价其生态风险。采用经济合作与发展组织(OECD)标准测试方法,研究4-AAA对藻、大型溞和鱼的急性毒性效应。结果表明,在1500 mg·L^-1(配制浓度)4-AAA的暴露条件下,近头状伪蹄形藻(Pseudokirchneriella subcapitata)的生长并没有受到明显抑制效应;稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)没有发现死亡现象。这表明,藻类生长量和生长率的72 h无可观察效应浓度(NOEC)均≥1502 mg·L^-1(实测浓度),96 h鱼类急性毒性的半致死浓度(LC50)≥1532 mg·L^-1(实测浓度)。当大型溞(Daphnia magna)暴露于一系列不同浓度4-AAA(188、375、750、1500和3000 mg·L^-1),24 h后发现750 mg·L^-1的暴露组开始出现运动抑制现象;最高浓度组中,80%大型溞的运动能力明显受到抑制。48 h后抑制效应增加,750 mg·L^-1暴露组中,40%的大型溞活动能力受到抑制;最高浓度组仅20%大型溞活动能力保持正常。这表明,高浓度4-AAA对大型溞的活动能力具有一定的抑制作用。统计分析结果表明,24 h和48 h大型溞活动能力的抑制效应达一半的浓度(EC50)分别为1538 mg·L^-1(1217~2017 mg·L^-1)和1041 mg·L^-1(834~1304 mg·L^-1)。根据全球化学品统一分类和标签制度(GHS)分类,4-AAA的水生急性毒性不归类。尽管地表水中检出高浓度(3675 ng·L^-1)的4-AAA,但最高风险商值仅为3.53×10-3,风险较低。

关键词： 4-乙酰氨基安替比林近头状伪蹄形藻大型溞稀有鮈鲫水生急性毒性生态风险评估

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多环芳烃类化合物分子结构与毒性的定量构效关系研究

多环芳烃类化合物分子结构与毒性的定量构效关系研究

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作者：李非凡北京工业大学

学位级别：硕士

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是指含有2个及以上苯环的一类有机化合物,包括传统的稠环芳烃和非稠环芳烃,许多的药品、工业化学品、农业化学品及环境污染物均属于PAHs类化合物。因此,PAHs广泛分布在不同的环境介质中... 详细信息

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是指含有2个及以上苯环的一类有机化合物,包括传统的稠环芳烃和非稠环芳烃,许多的药品、工业化学品、农业化学品及环境污染物均属于PAHs类化合物。因此,PAHs广泛分布在不同的环境介质中,包括水体、土壤、空气以及各种食品,对人体健康和生态环境具有潜在的危害性。由于其来源与自然环境和人类生产活动密切相关,难以从源头将其根除。传统上采用实验方法测试其毒性效应耗时长、成本高,且涉及动物福利问题等。因此,可替代的化学计量模拟方法如定量构效关系(QSAR)可用于快速预测化合物的毒性,填补毒性数据的空白,这也是各个监管机构推荐使用的体外模拟方法。一方面QSAR可以通过构建模型预测未受试化合物的潜在危害,填补毒性数据的空白,另一方面可以通过筛选的描述符或特征子结构来进一步阐明化合物的毒理学机制。基于此,本研究采用QSAR方法探究PAHs对啮齿类动物的致癌性及对多种水生生物的急性毒性,找到与致癌性、水生急性毒性密切相关的分子描述符及特征子结构,进一步阐明毒性机理,评估其可能对生态环境和人类健康造成的有害影响,论文主要包含以下3部分研究内容:第一,研究了 PAHs对大鼠和小鼠致癌性的定量构效关系。建立了六个PAHs对不同性别的大鼠和小鼠致癌性的QSAR模型,所有模型均经过严格的内部和外部验证,表现出了良好的预测性能。对模型进行机制分析后发现PAHs对大鼠和小鼠的致癌性主要与分子的亲脂性、电负性以及复杂程度有关。亲脂性特征赋予分子穿透细胞膜的能力,使其更容易在体内累积,而电负性原子的存在使分子更具反应性。此外,建立了大鼠和小鼠的种间致癌性关系(iQCCR)模型,当一个物种致癌性数据缺乏时,可以用另一个物种的致癌性数据外推得到被预测物种的数据,填补致癌性数据的空白。我们用所建立的QSAR和iQCCR模型预测了上百个未经测试化合物的致癌性数据,并给出了致癌性的优先级排序。该部分研究构建的模型可用于预测新型或未经测试PAHs的致癌性,从而减少不必要的化学合成和动物试验。第二,研究了 PAHs对大型水蚤和虹鳟鱼急性毒性的定量构效关系。分别建立了 PAHs对大型水蚤和虹鳟鱼的急性毒性QSAR模型。模型均满足国际认可的各种验证指标,其中大型水蚤QSAR模型中包含5个分子描述符,其QLoo2=0.7834,R2=0.8159,Rtest2=0.8259;虹鳟鱼QSAR模型中包含6个分子描述符,其QLoo2=0.8162,R2=0.8626,Rtest2=0.8077,证明了所建模型具有稳健性高、预测能力强的特点。模型中出现的分子描述符大多与亲脂性、极性、分支和分子的复杂性相关。通过与ECOSAR软件对测试集的预测结果相比较,发现所建的QSAR模型具有更低的RMSE值,因此具有更好的预测性能。随后,应用建立的QSAR模型对PPDB农药数据库中数百个没有实验值的PAHs农药进行了毒性预测,并对预测结果的可靠性进行了评估分析。此外,在单个合格模型的基础上,我们通过建立共识模型(CM),进一步提高了模型的预测质量。第三,研究了 PAHs对多种水生生物急性毒性的定量构效关系。分别构建了PAHs对六种水生生物急性毒性的QSAR模型,包括黑头呆鱼、蓝鳃太阳鱼、负鼠虾、剑齿草虾、斑马鱼和月牙藻。这些水生生物包括藻类、无脊椎类和鱼类,横跨了三个营养级。所有模型均经过严格的内部和外部验证,模型的QLoo2=0.6257～0.9014,R2=0.6662～0.9237,Rtest2=0.7418～0.9072,表明了模型具有出色的内部稳健性和外部预测能力。对毒性机理分析发现PAHs的水生毒性主要与分子的大小、体积、极性、疏水性和乙腈基团有关。随后,利用最佳的QSAR模型预测了从PPDB和ECOTOX数据库中收集的数百种PAHs(无实验值化合物),进一步填补了毒性数据的空白,并对高毒化合物进行了筛选,设置毒性优先级。该部分研究与第二部分研究对监管框架下PAHs的水生环境风险评估具有重要意义。综上所述,本论文对PAHs的分子结构与致癌性及水生急性毒性进行了系统全面的定量构效关系研究,所建立的模型均通过了严格的内部和外部验证,具有良好的内部稳健性和较好的外部预测能力,能够作为潜在的工具应用于相关致癌性或水生毒性预测,填补数据空白,有助于PAHs类化学品的环境风险评估,并为监管决策者制定相关监管政策提供依据和指导。

关键词：多环芳烃定量构效关系致癌性水生急性毒性风险评估

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