環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展pdf

1、2011 年 第 6 卷第 1 期, 9 17生 態(tài) 毒 理 學(xué) 報Asian Journal of Ecotox icolo gyVo l. 6,2011No . 1,9 17環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展董芳1 , 李芳芳1 , 祁曉霞2 , 朱琳1, *1. 南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 污染過程與環(huán)境基準(zhǔn)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津市城市生態(tài)環(huán)境修復(fù)與污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 天津 3000712. 蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院, 蘭州 730000摘要: 綜述了近年來環(huán)境毒理學(xué)的研究進(jìn)展, 內(nèi)容包括: 環(huán)境污染物對機(jī)體的影響及其環(huán)境行為、環(huán)境污染物及其轉(zhuǎn)化物的毒性和評估方法、實(shí)驗(yàn)室模式生物、生物標(biāo)志物以及環(huán)境毒

2、理學(xué)在其他相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用等。此外, 還對環(huán)境化學(xué)品管理和安全性評價、 H or mesis( 興奮效應(yīng)) 現(xiàn)象、遺傳毒性致癌物的危險度評價、室內(nèi)環(huán)境毒理學(xué)分析與研究等熱點(diǎn)問題進(jìn)行了討論。并且指出了環(huán)境毒理學(xué)面臨的挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞: 環(huán)境毒理學(xué); 環(huán)境污染物; 納米材料; 持久性有機(jī)物; 環(huán)境類激素文章編號: 1673 5897( 2011) 6 009 09中國分類號:X171. 5文獻(xiàn)標(biāo)識碼: AAdvances in Environmental Toxicology ResearchesDong Fang1 , Li Fang fang1 ,Q i Xiaoxia2 ,Zhu Lin1, *

3、1.K ey Labor ator y of P ollutio n Pro cesses and Enviro nmental Cr iter ia, M inistr y o f Educatio n/ T ianjin Key L abo rato ry ofEnv iro nmental Remediatio n and Po llut ion Contr ol, Co llege of Env iro nmentScience and Eng ineer ing, Nankai U niversity, T ianjin300071,China2.Colleg e o f Earth

4、 and Envir onment al Science, Lanzho u U niversit y,L anzhou 730000, ChinaReceived 24 Decem ber 2009accepted 30 M arch 2010Abstract: Advances in env ironmental tox ico logy are review ed based on the published papers and authors' stud ies. Co ntent includes the impacts of environmental po llutan

5、ts on organism and their env ir onm ental behav io r, env ironmental pollutants and their transfor mation products tox icity and evaluatio n m ethods, laboratory mod el or ganisms, biom arkers, the application of environmental tox icolo gy in other r elated disciplines. In addition, sev eral hot iss

6、ues such as environmental chemicals manag em ent and safety assessment, ho rmesis phenom enon, risk assessment of genetic tox icity carcinog ens, the tox icolo gy analysis of indoor environment are discussed. Challenges faced by enviro nm ental tox icolo gy are po inted o ut .Keywords: env ir onm en

7、tal tox ico logy; environmental pollutants; nanom aterials; POPs; EDCs環(huán)境毒理學(xué)( enviro nmental tox icolog y) 是一門既年輕又古老的學(xué)科, 它扎根于古老的毒理學(xué), 隨著環(huán)境問題的突出逐漸發(fā)展起來。它主要研究環(huán)境污染物, 特別是外源性環(huán)境污染物對生物有機(jī)體, 尤其是人體的影響及其作用機(jī)制。作為新興的邊緣學(xué)科, 它和很多領(lǐng)域有交叉性。它運(yùn)用毒理學(xué)的基本原理, 又借助環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)的發(fā)展。同時它也是為數(shù)不多的一門既是基礎(chǔ)科學(xué)又可直接應(yīng)用的學(xué)科。作為應(yīng)用學(xué)科, 環(huán)境毒理學(xué)一方面直接參與醫(yī)藥

8、、農(nóng)藥和日用化工產(chǎn)品的研究與開發(fā), 在產(chǎn)品創(chuàng)新中起著不可替代的作用; 另一方面, 環(huán)境毒理學(xué)致力于識別、評價和控制化合物對人類及其生態(tài)環(huán)境的潛在危害, 在制訂標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)和法律方面正在發(fā)揮著日益重要的作用, 在可持續(xù)發(fā)展中有著不可替代的重要收稿日期: 2009 12 24 錄用日期: 2010 03 30 基金項(xiàng)目: 國家重大科技專項(xiàng)( 水專項(xiàng) No. 2008ZX08526 003)作者簡介: 董芳( 1986 ) , 女, 碩士研究生; * 通訊作者( Corres pon ding author) , Em ail: z hulin n ank ai. edu. cn10生態(tài)毒理學(xué)報第 6

9、 卷角色和作用。隨著人們對環(huán)境污染的關(guān)注和認(rèn)識, 環(huán)境毒理學(xué)得到了越來越多的關(guān)注。為此, 本文根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)著作及相關(guān)文獻(xiàn)( 劉毓谷, 1997; 周啟星等, 2004; 朱琳, 2007; Beyer, 1996; Ballantyne et al . , 1999; Cockerham et al . , 1994; M ichael and New man, 2001; Philp, 2001) , 綜述了環(huán)境毒理學(xué)的研究進(jìn)展, 指出了其面臨的挑戰(zhàn), 供同行參考。關(guān)于環(huán)境毒理學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)的聯(lián)系, 孟紫強(qiáng)( 2006) 已做了詳細(xì)闡述, 文中不再贅述。1 環(huán)境污染物的分類環(huán)境污染物大致可

10、劃分為三大類: ( 1) 化學(xué)類: 重金屬、工業(yè)有機(jī)物、農(nóng)用化學(xué)、醫(yī)用和日用污染物等; ( 2) 物理類: 微波輻射、放射性物質(zhì)( CT 、 刀、X 射線、電器的電磁輻射場等) 和噪聲等; ( 3) 生物類: 病菌和病毒等。2 環(huán)境毒理學(xué)研究的主要進(jìn)展2. 1環(huán)境污染物對機(jī)體的影響及其環(huán)境行為進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代后, 環(huán)境毒理學(xué)研究工作在諸多環(huán)境研究工作中異軍突起。各研究工作的主要特征是運(yùn)用毒理學(xué)的基本理論和方法, 研究環(huán)境污染物在環(huán)境中的濃度、分布、變遷、侵入方式、接觸時間以及其他作用條件對環(huán)境系統(tǒng)和人的影響。如水環(huán)境中的汞, 被生物吸收后可在體內(nèi)發(fā)生甲基化作用,無機(jī)汞轉(zhuǎn)化為毒性較高

11、的甲基汞( Francesconi et al . ,1992; Eag les Smith et al . , 2009) 。三價砷可在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為毒性較低的單甲基胂酸和二甲基胂酸( 陳保衛(wèi)等, 2009) 。當(dāng)這些物質(zhì)在生物體內(nèi)累積超過閾值濃度時, 它們將擾亂或破壞生物的正常生理功能。鉻以多種價態(tài)廣泛存在于自然界中, 對人體的毒性與其價態(tài)有關(guān)。三價鉻是人體必需的微量元素; 六價鉻容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)后被還原為三價, 同時產(chǎn)生五價鉻中間體及多種氧自由基, 故具有很強(qiáng)的毒性( 鄭林等, 2003) 。單一化學(xué)物質(zhì)對不同生物毒性作用不同, 但長期存在環(huán)境中的藥物的復(fù)合作用是潛在的、危險的( Cleu

12、ver s, 2003) 。近 年來, 納米材料 ( NM s ) 、持久性有機(jī)物( POPs) 、內(nèi)分泌干擾物( EDCs) 等引起了較多的關(guān)注。納米材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用, 同時它對環(huán)境和人體健康帶來潛在的影響和風(fēng)險也備受關(guān)注( EPA, 2007; Co lvin, 2003) 。從 2003 年至今, Science!、 Nature!等重要期刊上已刊登多篇關(guān)于納米材料毒性效應(yīng)的文章( Warheit et al . , 2004; Serv ice, 2003; 2005; Stone and Donaldson, 2006; H yunget al . , 2007

13、; Rober ts et al . , 2007) 。有研究表明, 銀納米顆粒物可對人體肺細(xì)胞造成線粒體毒性和 DNA損傷( Asharani et al . , 2009) 。目前對于納米顆粒和材料的生物毒性認(rèn)識還不夠充分, 一些結(jié)論存有疑問 ( Baer et al . , 2010) 。關(guān)于納米顆粒和材料對環(huán)境和人類健康安全性評價方面的研究和相關(guān)信息還非常缺乏。持久性有機(jī)污染物有長期殘留性、生物蓄積性、半揮發(fā)性和高毒性, 能在大氣環(huán)境中長距離遷移并能沉降回地面, 對人類健康和環(huán)境有嚴(yán)重危害( Jones and De Voog t, 1999) 。如二噁英的污染問題自 20 世紀(jì) 60

14、 年代開始逐漸被發(fā)現(xiàn)和被證實(shí), 為數(shù)眾多的人工合成有機(jī)化學(xué)品在流入環(huán)境后, 對魚類、鳥類、爬行類和哺乳類野生動物的內(nèi)分泌功能產(chǎn)生干擾作用, 導(dǎo)致野生動物種群雌性化和生殖繁衍衰竭等現(xiàn)象。目前國際上十分重視的環(huán)境類激素( 內(nèi)分泌干擾物( EDCs) ) 可分為 3 類: 外源性雌激素、外源性雄激素和擬甲狀腺激素。其中類雌激素的作用更引起人們的關(guān)注, 它可降低精子數(shù)、減少精液量、引發(fā)生殖發(fā)育異常, 促發(fā)一些與激素有關(guān)的腫瘤如睪丸癌、乳腺癌等, 從而引發(fā)動物雌性化, 如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴和二噁英等。H ayes 等相繼報道了阿特拉津( atr azine, 一種世界范圍內(nèi)普遍使用的除草劑) 在美國環(huán)保

15、局( EPA ) 規(guī)定的飲用水最高含量的 1/ 30 的濃度( 即 10 gL- 1 ) 下, 并不影響非洲爪蟾和林蛙存活、生長發(fā)育速率和表型, 但能使其性腺雌性化。這一結(jié)果雖頗具爭議, 但引起了極大的震動。 Nature!, Science!以及 Environmental Science & T echnolo gy! 等國際著名的學(xué)術(shù)期刊對此都發(fā)表了評論, 指出這項(xiàng)研究將會影響到美國環(huán)保局對阿特拉津的重新評估( Withg o tt, 2002; Dalton, 2002; Betts, 2002) 。國際化學(xué)品安全論壇( IFCS) 就內(nèi)分泌干擾物質(zhì)對環(huán)境和人類的危害也多次呼吁

16、。2008 年第 20 屆經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 ( OECD) 召開良好實(shí)驗(yàn)室規(guī)范( GLP) 試驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)原則國家協(xié)調(diào)員工作組會議, 專門對內(nèi)分泌干擾物質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)原則進(jìn)行了制定與修訂。2. 2環(huán)境污染物及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒性和評定方法環(huán)境污染問題日趨復(fù)雜, 不僅污染物的數(shù)量和種類在不斷增加, 而且交互作用形式日益多樣化( 周啟星, 1995) 。污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化及降解過程經(jīng)歷著一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物變化. 在這些變化中, 一部分污染物被去除, 但另一些只是在形態(tài)和性質(zhì)上發(fā)生了變化, 生成了新的污染物, 它們往往第 1 期董芳等: 環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展11會帶來更大的安全隱患( L

17、arsen et al . , 1997) 。為了解這些物質(zhì)的毒性及作用機(jī)理, 常用動物試驗(yàn)進(jìn)行評價( Chhabr a et al . , 1990) 。包括各種毒性試驗(yàn), 以測定其急性、蓄積性、亞急性、亞慢性、慢性和# 三致性,以及多種有毒物質(zhì)共存時的聯(lián)合毒性。從劑量 反應(yīng)關(guān)系中得出機(jī)體作用的相對安全限值( 最大無作用水平) 。關(guān)于飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物三鹵甲烷和鹵代乙酸的問題, 國內(nèi)外已有大量報道( Pav elic, 2005) 。 Sifivedhin 和 Gray( 2005) 研究了處理后污水排入水環(huán)境后的消毒副產(chǎn)物生成勢, 并與飲用水消毒副產(chǎn)物進(jìn)行了比較。楊立群和高澤宣( 19

18、97) 用 A mes 試驗(yàn)證明氯化消毒副產(chǎn)物可呈顯著陽性反應(yīng), 這種體外誘變試驗(yàn)從基因突變的角度確證了氯化消毒副產(chǎn)物具有改變細(xì)胞內(nèi)遺傳信息的能力; 氯化消毒后污水微核試驗(yàn)呈陽性, 表明水樣含有染色體斷裂劑, 對染色體具有致畸變作用。Jolibois B 應(yīng)用 SOS 顯色實(shí)驗(yàn)( Escher ichi a coli PQ37 ) 和 Am es 試驗(yàn) ( TA98, T A100 和 T A102) 進(jìn)行了醫(yī)院污水潛在生殖毒性的評價, 認(rèn)為醫(yī)院污水中存在有機(jī)突變物質(zhì), 對水環(huán)境和水源水造成健康風(fēng)險( Jolibo is and Guerbet, 2003; 2005) 。生物芯片的發(fā)展為環(huán)境

19、污染物的毒性檢測提供了極大的便利。如基因芯片可以將大量的 DNA 信息集成到 1 cm 2 左右的芯片上, 精確地完成污染物對人類基因表達(dá)影響的分析, 并對污染物進(jìn)行分類與分級, 篩選毒物靶標(biāo)和確定毒性機(jī)理。由鼠的 113 種 cDNA 作為微陣列單元組成的基因芯片可以檢驗(yàn)鼠肝臟被暴露到肝毒素( 包括 perox isom e pr oliferator過氧化物酶體增殖、醋氨酚或其相應(yīng)代謝物、多環(huán)芳烴、苯并( a ) 芘) 時的基因響應(yīng)( Cunning ham et al . ,2000) 。這種方法可用于有毒化合物的篩選及選定化合物代謝機(jī)理的研究。2. 3實(shí)驗(yàn)室模式生物由于人體作為研究對象

20、的局限性, 常常采用非人類的實(shí)驗(yàn)室模式生物進(jìn)行毒理學(xué)試驗(yàn)。如采用哺乳類實(shí)驗(yàn)動物( 小鼠、大鼠、兔、豚鼠、狗及猴等) 、實(shí)驗(yàn)植物( 紫露草、蠶豆( 根尖) 、擬南芥) 及實(shí)驗(yàn)微生物( 鼠傷寒沙門氏菌株 TA98、TA100、大腸桿菌、枯草桿菌等)進(jìn)行研究。相比單純的化學(xué)分析手段, 生物毒理學(xué)試驗(yàn)?zāi)軌蚋鷦?、真?shí)地反映環(huán)境化學(xué)物質(zhì)的毒理效應(yīng)。如 Schultz 研究小組( Bearden and Schultz, 1997)建立的以四膜蟲為生物模型的定量構(gòu)效關(guān)系 ( QSARs) 方法, 一定程度上克服了面對現(xiàn)代工業(yè)中成千上萬種化學(xué)物質(zhì)的毒性評估工作束手無策的困難。Issa 等( Issa et

21、al . , 2007) 發(fā)現(xiàn)了食物中含有綠茶組的小鼠產(chǎn)生結(jié)腸癌的機(jī)率比對照組明顯降低, 并且這種作用的發(fā)揮是通過阻斷 WNT/ catenin 信號通路中 catenin 和它下游靶蛋白 cy clin D1 的表達(dá)而實(shí)現(xiàn)的, 提示人們可以經(jīng)常喝綠茶預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生。Carvan 等( 2000; 2001) 運(yùn)用轉(zhuǎn)基因斑馬魚的某些效應(yīng)元件來顯示其接觸了特定毒物, 研制出了帶有報告基因的效應(yīng)元件的斑馬魚的細(xì)胞譜系。用不同的藥物治療被誘導(dǎo)發(fā)生乳腺癌的大鼠發(fā)現(xiàn)不同藥物對乳腺癌細(xì)胞增殖和凋亡的短期作用可以預(yù)測它們對乳腺癌的預(yù)防和治療效果( Christov et al . , 2007) 。通過觀

22、察線蟲體內(nèi)的 DNA 修復(fù)過程發(fā)現(xiàn)人類腫瘤的發(fā)病可能與 DNA 修復(fù)功能的紊亂有關(guān) ( O neiln and Ro se, 2006) 。目前模式生物已被廣泛應(yīng)用于慢性毒性試驗(yàn)、環(huán)境風(fēng)險評價、環(huán)境污染物生物累積效應(yīng)的研究中, 以識別和檢測環(huán)境毒物的作用機(jī)制并評價其潛在毒性的大小。2. 4生物標(biāo)志物生物標(biāo)志物是生物體受到嚴(yán)重?fù)p害之前, 在分子、細(xì)胞、個體或種群水平上因受環(huán)境污染物影響而產(chǎn)生異常變化的信號指標(biāo)。生物標(biāo)志物可為嚴(yán)重毒性傷害提供早期警報, 因此受到國內(nèi)外學(xué)者普遍關(guān)注。生物標(biāo)志物應(yīng)比較敏感, 可以在生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀研究中廣泛運(yùn)用, 還能夠?qū)σ活愇廴疚锒轻槍δ骋环N污染物產(chǎn)生反應(yīng)。目前研究熱

23、點(diǎn)有行為( 繁殖、行動、捕食、回避等) 、生理( 生長、繁殖、發(fā)育、免疫學(xué)指標(biāo)等) 和生化( 蛋白水平的變化、酶活性變化; DNA 分子變化等) 等標(biāo)志物。如特異的 DNA 和蛋白質(zhì)加合物用于有效暴露的生物標(biāo)記。Foucheco urt 等( 1999) 發(fā)現(xiàn), 以 PAH 污染土壤染毒的小鼠 DNA 加合物含量和肝臟中 7 羥乙基試鹵靈正脫乙基酶 ( 7 ethox yr esorufin O deethylase, EROD) 活性均明顯增高, 而用單種多環(huán)芳烴族化合物處理小鼠后, 僅 DNA 加合物含量增加。這說明 DNA 加合物和 EROD 均是檢測污染土壤遺傳毒性效應(yīng)的生物標(biāo)記物,

24、前者更能準(zhǔn)確揭示單種多環(huán)芳烴化合物潛在的毒性效應(yīng)。又如 Ensenbach 等( 1995) 發(fā)現(xiàn)斑馬魚在胚胎和仔魚階段, 生長、發(fā)育和存活率對有機(jī)污染十分敏感, 很低濃度的 3, 4 二氯苯胺( 40 mgL - 1 ) 和高丙體六六六( 2 gg- 1 ) 的混合暴露即可明顯減緩仔魚的生長發(fā)育, 80 g L- 1 的林丹可降低仔魚存活率。與細(xì)胞色素 P450 相關(guān)的混合功能氧化酶( MFO) 系統(tǒng)已廣泛用于12生態(tài)毒理學(xué)報第 6 卷污染物的檢測 ( 萬斌, 2000 ) 。意大利 Vigana 等 ( 1998) 提出同時用幾種標(biāo)志物進(jìn)行檢測, 以減少結(jié)果的模糊性和誤導(dǎo)性。自然環(huán)境系統(tǒng)十

25、分復(fù)雜, 生物體常暴露于混合污染中, 故實(shí)驗(yàn)室條件下聯(lián)合毒性及長效應(yīng)研究應(yīng)受關(guān)注。同時仍需注意標(biāo)志物研究的生態(tài)相關(guān)性應(yīng)盡可能反應(yīng)實(shí)際環(huán)境暴露情況。2. 5其他相關(guān)學(xué)科中的應(yīng)用多年來的實(shí)踐證明, 環(huán)境毒理學(xué)已在環(huán)境化學(xué)物的毒性評價、人體健康效應(yīng)、環(huán)境風(fēng)險評價、職業(yè)病病因和發(fā)病機(jī)理研究、環(huán)境監(jiān)測、分子生物學(xué)和環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的制定等方面發(fā)揮了積極作用。傳統(tǒng)化學(xué)和物理監(jiān)測分析方法通過直接測定環(huán)境介質(zhì)中污染物含量和強(qiáng)度, 快速得出環(huán)境是否受污染及受污染的水平。這類方法在掌握環(huán)境污染狀況上有重要意義, 但在了解對人體健康可能造成的近期和遠(yuǎn)期影響時, 則不能直接給出污染引起的生物學(xué)效應(yīng), 而生物學(xué)效應(yīng)恰是環(huán)境

26、科學(xué)關(guān)切的重要問題之一。利用生物測試方法不但可以了解環(huán)境污染狀況, 還可以對生物實(shí)際受影響的程度和毒性作用等性質(zhì)進(jìn)行評價( M aund et al . , 1997) 。運(yùn)用毒理學(xué)的生物測試方法監(jiān)測和評價環(huán)境質(zhì)量已在國內(nèi)外廣泛開展( 薛峰和薛念濤, 2000;Wang et al . , 2009; Go odsell et al . , 2009) 。國際化學(xué)安全品規(guī)劃署( Inter national Prog ram on ChemicalSafety, IPCS) 和美國環(huán)保局等機(jī)構(gòu)已開展了復(fù)雜環(huán)境混合物生物測試的國際性協(xié)作研究, 試圖對樣品制備方法、致突變測試方法加以標(biāo)準(zhǔn)化、提供標(biāo)

27、準(zhǔn)物質(zhì)作為參照。3 當(dāng)前環(huán)境毒理學(xué)研究的熱點(diǎn)3. 1環(huán)境化學(xué)品管理和安全性評價OECD( 2008) 在 2030 年環(huán)境展望中闡述: 危險廢物管理與運(yùn)輸、發(fā)展中國家廢物管理和環(huán)境及產(chǎn)品中的化學(xué)品含量仍是全球性的# 紅燈問題( 未得到妥善管理、狀況惡劣或在惡化中、須緊迫關(guān)注的環(huán)境問題) 。環(huán)境中的化學(xué)品及其安全性是人類共同面臨的亟需處理的問題。OECD 專門成立了負(fù)責(zé)化學(xué)品安全管理的環(huán)境、健康與安全項(xiàng)目組( Enviro nm ent, H ealth and Safety Prog ram) 。該機(jī)構(gòu)制定了一系列方法指南, 以指導(dǎo)成員國對化學(xué)品的人體和生態(tài)系統(tǒng)及它們的環(huán)境動態(tài)進(jìn)行評價; 此外

28、, 該機(jī)構(gòu)還制定了與安全性評價相關(guān)的優(yōu)良實(shí)驗(yàn)室規(guī)范( Good Labora tory Practice, GLP) 、工業(yè)化學(xué)品和農(nóng)藥危險度評價方法以及化學(xué)品的毒性及健康影響的分類方法等。各國的化學(xué)品管理法規(guī)中對生態(tài)毒性評價的要求見表 1。我國國家環(huán)境保護(hù)總局 2004 年頒布的 新化學(xué)物質(zhì)危害評估導(dǎo)則!中規(guī)定, 每項(xiàng)新化學(xué)物質(zhì)的基礎(chǔ)水平申報材料必須包括, 在我國境內(nèi)用中國供試生物完成的水生生物急性毒性試驗(yàn)( 首選魚類) 和生物降解試驗(yàn)的數(shù)據(jù)。申報的新化學(xué)物質(zhì)一表 1各國的化學(xué)品管理法規(guī)中對生態(tài)毒性評價的要求T able 1Requirements for eco tox icity ass

29、essment in chemical regulations of different co untries國家法律新化學(xué)品的生態(tài)毒性要求美國有毒物質(zhì)控制法!根據(jù)構(gòu)效關(guān)系估計化學(xué)品的生態(tài)毒性, 必要時進(jìn)行生態(tài)毒性試驗(yàn)加拿大環(huán)境保護(hù)法!對魚類和蚤類的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果歐盟化學(xué)品登記、評估、審批法規(guī)! ( 簡稱 REACH )對魚類和蚤類的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果以及對藻類生長的影響的試驗(yàn)結(jié)果澳大利亞工業(yè)化學(xué)品申報審查辦法!對魚類和蚤類的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果以及對藻類生長的影響的試驗(yàn)結(jié)果韓國有害化學(xué)物質(zhì)管理法!農(nóng)藥、水處理等要求提供魚類毒性試驗(yàn)結(jié)果日本化學(xué)物質(zhì)審查管理法!對魚類和蚤類的急性毒性試驗(yàn)結(jié)果以及對藻

30、類生長的影響的試驗(yàn)結(jié)果中國新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理法!用中國指定的提供受試生物進(jìn)行生態(tài)毒性試驗(yàn)注: 引自郭新彪( 2007) 。次性或全年累積性的生產(chǎn)或進(jìn)口數(shù)量超過 l04 kg 的但是還沒有將風(fēng)險評價納入申報必備環(huán)節(jié)( 聶晶磊話, 還要補(bǔ)充生物蓄積性驗(yàn)。要求# 必須提供申報物等, 2005) 。將風(fēng)險性評價從概念性的研究轉(zhuǎn)化為可質(zhì)在其可能進(jìn)入的環(huán)境介質(zhì)( 氣、水、沉積物、土壤、生為管理決策部門使用的手段, 將是環(huán)境毒理學(xué)和生態(tài)物體、物品) 的檢測方法, 必要時也應(yīng)提供其降解或轉(zhuǎn)毒理學(xué)的重要任務(wù)之一?；a(chǎn)物在相應(yīng)介質(zhì)中的檢測方法。方法的描述應(yīng)參各國對化學(xué)品有害性和危害性的分類差異, 對人考相關(guān)國家標(biāo)

31、準(zhǔn)從采樣、樣品制備等全過程的描述,們的健康安全和各國間的化學(xué)品貿(mào)易有直接的影響,第 1 期董芳等: 環(huán)境毒理學(xué)研究進(jìn)展13為此, 聯(lián)合國 2003 年提出 全球化學(xué)品統(tǒng)一分類和標(biāo)簽制度( Globally H armo nized System o f Classifica tion: GH S) !, 它可為尚無化學(xué)品管理制度的國家提供一個公認(rèn)框架, 加大對人類健康和環(huán)境的保護(hù), 規(guī)范和指導(dǎo)化學(xué)品的國際貿(mào)易。且自 2007 年 1 月起可免費(fèi)從 OECD 網(wǎng)站( w w w . oecd. o rg/ env/ testguide lines; w ww . sourceoecd. o rg

32、 ) 下載化學(xué)物質(zhì)試驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)性文件、綜述文件以及驗(yàn)證報告等。如 T G404 急性皮膚刺激實(shí)驗(yàn), T G425 急性口服毒性% 上下法, T G428 皮膚吸收實(shí)驗(yàn), TG429 局部淋巴結(jié)實(shí)驗(yàn), T G430、T G431 體外皮膚腐蝕性實(shí)驗(yàn), TG432 體外3T 3NRU 光毒性實(shí)驗(yàn), TG435 皮膚腐蝕性體外膜屏障性實(shí)驗(yàn), T G487 體外微核實(shí)驗(yàn)等。這些試驗(yàn)技術(shù)指導(dǎo)原則適用于所有的化學(xué)物質(zhì), 包括農(nóng)藥、醫(yī)藥和工業(yè)化學(xué)物質(zhì)等。從 1962 年 寂靜的春天!到如今人類日漸提高的環(huán)境意識, 環(huán)境化學(xué)品的使用將愈加謹(jǐn)慎, 化學(xué)品的管理和安全性評價也會愈加完善。3. 2興奮效應(yīng)現(xiàn)象近年來

33、興奮效應(yīng)成為毒理學(xué)中關(guān)注的熱點(diǎn)。它是指某些化學(xué)、物理因素在低劑量時對生物群體產(chǎn)生興奮效應(yīng)而在高劑量時產(chǎn)生抑制效應(yīng)的現(xiàn)象( Davisand Farland, 1998; Foran, 1998) 。而其相應(yīng)提出的毒物興奮模型也成為一種新的劑量 效應(yīng)關(guān)系模型, 并在環(huán)境、醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生等領(lǐng)域產(chǎn)生了一定的影響。在許多環(huán)境化學(xué)物質(zhì)中都觀察到了興奮效應(yīng)現(xiàn)象。如甲基汞、T CDD、氯化鎘、苯乙烯、咖啡、雙酚 A、甲苯、三甲基錫、三乙基鉛、咖啡、糖精、鎘和鉛等( 郭新彪, 2007) 。低劑量興奮效應(yīng)的作用機(jī)制目前不太清楚, 有學(xué)者認(rèn)為低劑量作用因子可增加修復(fù)能力, 與修復(fù)基因的表達(dá)有密切關(guān)系。有興奮效應(yīng)

34、現(xiàn)象的化學(xué)物質(zhì)的生物作用往往呈 型或 U 型的劑量反應(yīng)曲線。 型曲線反映一類化學(xué)物質(zhì)在低劑量時對某些有益的生物學(xué)反應(yīng)終點(diǎn)如生長率、壽命和生殖等產(chǎn)生促進(jìn)作用而在高劑量時則顯示抑制作用, 如低劑量的 X 射線可增加小鼠和豚鼠的壽命; 低劑量的乙醇和乙醛能延長果蠅的壽命。U 型曲線代表某些化學(xué)物質(zhì)在低劑量時可降低某些有害反應(yīng)如致突變、致癌和出生缺陷等的發(fā)生率, 而高劑量時增加這些有害效應(yīng)的發(fā)生。如低水平的鎘、糖精、二噁英、X 射線和 射線源可降低一些種屬動物的腫瘤發(fā)生率。研究發(fā)現(xiàn) GdCl3 能降低肝免疫損傷引起的小鼠肝組織差異表達(dá)基因的數(shù)目, 但也有研究顯示, 高劑量稀土具有遺傳毒性可能具有# 三

35、致作用( Ding et al . , 2003) 。H orm esis有希望成為毒理學(xué)中危險評價的模型, 并能夠給人類和社會帶來一定的效益。3. 3遺傳毒性致癌物的危險度評價傳統(tǒng)上研究外源化學(xué)毒性的基礎(chǔ)毒性主要采用體內(nèi)試驗(yàn), 但當(dāng)前的發(fā)展趨勢重視研究外源化學(xué)物質(zhì)毒性更早發(fā)生的、在小劑量時的分子和基因方面改變的機(jī)制( M ir acle and Ankley , 2005) 。環(huán)境中遺傳毒性致癌物, 有的來源于環(huán)境污染, 如二噁英和多氯聯(lián)苯等; 有的是天然存在的, 如藻毒素和黃曲霉等; 也有的是人類生活中產(chǎn)生的, 如烹調(diào)過程中產(chǎn)生的雜環(huán)胺和烤肉過程產(chǎn)生的苯并芘等。暴露途徑和時間都會對危險度評

36、價產(chǎn)生很大的不確定性, 不能準(zhǔn)確地反映暴露個體的生理活動和暴露特征。數(shù)學(xué)模型模擬和劑量重建方法等也有一定的偏差。化學(xué)物質(zhì)在不同劑量時顯示不同的靶器官毒性, 相同劑量也可能產(chǎn)生不同的毒效應(yīng)。個體間差異也總是存在的。這些都會影響試驗(yàn)結(jié)果的對比性。而且在人實(shí)際暴露的低劑量范圍, 腫瘤也不是觀察動物致癌試驗(yàn)的理想指標(biāo) ( 郭新彪, 2007) 。如何找出具有致癌危險的最低濃度或劑量, 是環(huán)境毒理學(xué)迫切解決的問題。分子毒理學(xué)可能能夠幫助尋找更易在早期就可觀察的動物致癌指標(biāo), 實(shí)現(xiàn)環(huán)境毒理學(xué)宏觀和微觀的突破。3. 4室內(nèi)環(huán)境毒理學(xué)分析與研究隨著生活水平的提高, 人們越來越重視室內(nèi)環(huán)境, 尤其是居住環(huán)境的質(zhì)

37、量問題。室內(nèi)環(huán)境污染來源主要有建筑裝修污染, 人類自身污染( 油煙物質(zhì)、香煙煙霧、日用化學(xué)品和殺蟲劑等) , 家電設(shè)備污染( 靜電、噪聲和電磁輻射等) , 視覺污染, 生物過敏原( 螨、蟑螂、病菌和病毒等) 等。尤其是近 10 多年來, 大量使用人造建材, 釋放的甲醛、苯及其苯系物、揮發(fā)性有機(jī)物( VOC) 和放射性物質(zhì)等有毒有害物質(zhì), 嚴(yán)重影響人們的身心健康 ( M eininghaus, 2000; Yuko et al . ,2002) 。甲醛是室內(nèi)裝修產(chǎn)生的主要空氣污染物之一 ( 劉君卓等, 2002) , 裝修中的裝飾材料、夾板、油漆和粘合劑等等都會分解出大量的甲醛, 它對人的眼睛、

38、鼻子、支氣管等具有強(qiáng)烈的刺激作用。2004 年 6 月 IARC 公布甲醛是人類確認(rèn)致癌物( Group 1A) , 可導(dǎo)致人的鼻咽癌( Internatio nal Agency for Research onCancer, 2004) 。研究表明甲醛暴露可能導(dǎo)致人類白血病等( Pinkerton et al . , 2004; Franks, 2005; H eck and Casanova, 20006) 。哈爾濱市第一醫(yī)院血液病研14生態(tài)毒理學(xué)報第 6 卷究所也發(fā)現(xiàn) 10 年中收治的 1 000 多名白血病患兒中, 46. 7% 孩子的家庭在發(fā)病前半年內(nèi)進(jìn)行過裝修( 王述洋, 2002

39、) 。當(dāng)室內(nèi)甲苯的濃度達(dá)到 188 gm- 3 以上時, 引起無力、眼花和神智不清, 進(jìn)一步發(fā)展為昏迷、痙攣。當(dāng)濃度達(dá)到 35 000 g m- 3 時, 將導(dǎo)致死亡 ( Otto et al . , 1992) 。許多用于建筑裝飾材料的天然大理石、巖石和泥磚都可能放射出氡氣。據(jù)美國環(huán)保局( EPA) 估計, 在美國每年大約有 7 000- 30 000人死于因氡氣導(dǎo)致的肺癌( Casteel et al . , 1987) 。目前我國對室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生的毒害的監(jiān)管還相對滯后, 加強(qiáng)對室內(nèi)污染物分析檢測方法研究, 室內(nèi)空氣質(zhì)量與健康關(guān)系的深入研究, 室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系的完善,是未來發(fā)展的必然要求

40、。3. 5其他毒理學(xué)研究中的熱點(diǎn)20 世紀(jì)環(huán)境科學(xué)中留下的許多問題, 如新型化學(xué)品的安全性、生物降解問題、污染與健康問題仍將是環(huán)境毒理學(xué)研究的難題。毒理學(xué)研究的熱點(diǎn), 如細(xì)胞凋亡、癌基因/ 抑癌基因、基因表達(dá)與調(diào)節(jié)、細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、熱應(yīng)激蛋白、細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)基因動物、基因敲除、環(huán)境內(nèi)分泌干擾物對人類生殖發(fā)育的影響、免疫毒理學(xué)與行為毒理學(xué)和新型污染物等, 環(huán)境毒理學(xué)也將在這些方面展開具體研究。例如在日內(nèi)瓦( 2009) 的 關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約!第四次締約方大會( COP4) 上, 新增了 9 種 POPs 列入 斯德哥爾摩公約!: 3 種殺蟲劑副產(chǎn)物( ! 六氯環(huán)己烷、 六氯環(huán)己烷

41、、林丹) 、3 種阻燃劑( 六溴聯(lián)苯醚和七溴聯(lián)苯醚、四溴聯(lián)苯醚和五溴聯(lián)苯醚、六溴聯(lián)苯) 、十氯酮、五氯苯以及 PFOS 類物質(zhì)( 全氟辛磺酸、全氟辛磺酸鹽和全氟辛基磺酰氟) 。這 9 種新增的 POPs 正是目前在毒理學(xué)界和化學(xué)界很受關(guān)注的物質(zhì)。4 環(huán)境毒理學(xué)面臨的挑戰(zhàn)4. 1 如何建立快速的化學(xué)毒性篩選方法和通用的評價標(biāo)準(zhǔn)目前, 世界上已有 1 000 萬種化學(xué)品問世。常用的化學(xué)品有 7- 8 萬種。據(jù)最新版 中國現(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)名錄!統(tǒng)計, 以商業(yè)目的在我國出現(xiàn)的現(xiàn)有化學(xué)物質(zhì)有 4. 3 萬種( 聶晶磊等, 2005) ?，F(xiàn)行毒理學(xué)安全性評價方法遠(yuǎn)不能滿足化學(xué)物快速增長的需求。人類環(huán)境的高速工

42、業(yè)化, 化學(xué)品對人類的危害達(dá)到了空前的程度, 人類已知的如 DDT 、氟氯烴等危害只是整個情況的冰山一角。因此建立快速的化學(xué)毒性篩選方法和通用的評價標(biāo)準(zhǔn)幾乎是各發(fā)達(dá)國家共同努力的目標(biāo)?；虮磉_(dá)是一個靈敏的節(jié)點(diǎn), 基因芯片技術(shù)測定的基因表達(dá)可以用作新的生物指標(biāo)或更準(zhǔn)確地確定暴露毒性。特制的 cDN A 芯片可以確定人體及其他生物體內(nèi)毒性反應(yīng)的作用目標(biāo)( Dedouck, 1999; M ar to n et al . , 1998; Yu et al . , 2000) 。如包含生物體內(nèi)熱沖擊蛋白、外源物代謝酶、NDA 修補(bǔ)酶等基因表達(dá)的芯片已可用于研究暴露于 beta NF 的基因表達(dá)( Ba

43、rtosiew jcz et al . , 2000) 。將來化學(xué)物質(zhì)對人類和環(huán)境的影響評價可能主要依靠來源于芯片雜交的結(jié)果。4. 2如何突破傳統(tǒng)毒理學(xué)的限制環(huán)境毒理學(xué)研究主要是用動物作為試驗(yàn)對象, 但最終目的是評價有毒有害因素對人體健康的影響。傳統(tǒng)的模式生物并不能精確地證實(shí)環(huán)境污染物對人體的效應(yīng)。如何尋找生理學(xué)特性和人類相似并且可以表現(xiàn)人類疾病的癥狀的模式生物; 如何外推動物種屬之間的毒性問題; 如何確定環(huán)境因素和遺傳因素在某些疾病中的作用; 如何消除實(shí)驗(yàn)條件的誤差, 這些都是毒理學(xué)本身尚未解決的問題, 在很大程度上影響了環(huán)境毒理學(xué)功能的發(fā)揮。4. 3如何與動物倫理學(xué)并行 % 3R 原則的推

44、行自從 1959 年 William Russell 和 Rex Burch 在他們合著的 人道主義實(shí)驗(yàn)方法原則! 一書中, 第一次系統(tǒng)地提出 3R 理論, 動物實(shí)驗(yàn)所引發(fā)的倫理學(xué)問題就受到了人們廣泛而持久的關(guān)注( 白晶, 2007; Jickling and Paquet, 2005) 。3R 原則即是尋求能夠減少、優(yōu)化和替代( Reduce, Refine & Replace) 動物試驗(yàn)的毒理學(xué)方法。目前發(fā)達(dá)國家高度重視 3R 原則, 2000 年歐盟曾經(jīng)宣布, 禁止成員國使用動物進(jìn)行化妝品原料和化妝品的安全性試驗(yàn), 后因技術(shù)方面原因和許多國家反對, 決定推遲到 2009 年實(shí)行。

45、我國也正在制定有關(guān)規(guī)范。隨著社會的進(jìn)步以及倫理學(xué)的發(fā)展, 今后在毒理學(xué)動物試驗(yàn)中, 如何減少使用試驗(yàn)動物, 優(yōu)化試驗(yàn), 善待動物, 推動替代動物的研究及應(yīng)用, 仍是環(huán)境毒理學(xué)面臨的一大挑戰(zhàn)。通訊作者簡介: 朱琳( 1957% ) , 男, 南開大學(xué)教授, 博士研究生導(dǎo)師, 主要從事生態(tài)毒理學(xué)、環(huán)境生物學(xué)、海洋生態(tài)學(xué)等方面的研究。ReferencesA shar ani P V , M un G L K , Hande M P , et al . 2009. Cyto tox icity and g enot ox icity of silver nanopar ticles in human

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