主要参与人：马梅、查金苗、饶凯锋、李娜、韩颖楠
2019年度围绕水体污染物毒性机制、水处理过程毒性变化机制以及水体污染物突发事故预警技术方面开展研究，取得的主要进展如下：
1. 发现邻苯二甲酸酯和有机磷阻燃剂可以通过膜受体途径发挥内分泌干扰作用。针对水环境中典型污染物邻苯二甲酸酯和有机磷酸酯化合物的雌激素作用机制，开展了基于离体生物测试的研究，发现有机磷阻燃剂不具备与核受体（雌激素受体、雄激素受体和甲状腺激素受体等）相互作用的类雌激素特征，但是可通过雌激素膜受体GPR30促乳腺癌细胞（MCF7细胞）增殖，并激发钙离子流和cAMP激酶的表达，从而以非基因组方式干扰雌激素的正常功能；邻苯二甲酸酯等增塑剂除了可以和核受体相互作用发挥内分泌干扰效应外，还能够通过与甲状腺膜受体integrin αvβ3结合，通过非基因组方式发挥内分泌干扰作用，与integrin αvβ3结合能力呈现为DnBP > DEHP > BBP；利用分子模拟研究发现，有机磷阻燃剂和邻苯二甲酸酯可以分别与GPR30和integrin αvβ3的受体活性口袋内的关键氨基酸相互作用，其中氢键作用是主要的作用方式，从而可以与人体内的内源性配体竞争结合，激发或阻碍膜受体下游基因的表达（图1）。相关成果发表在Ecotoxicol. Environ. Saf.和Environ. Pollut.期刊上。
图1 邻苯二甲酸酯干扰甲状腺膜受体integrin αvβ3
2. 首次证实了TDCIPP引起DNA损伤，并最终导致遗传毒性。针对有机磷酸酯阻燃剂的遗传毒性相关机制，以稀有鮈鲫为模式生物，用转录组测序的方法筛选三种有机磷酸酯阻燃剂的毒性效应，结合彗星实验、细胞凋亡、DNA甲基化检测、8-OHdG检测、药物代谢分析等实验方法证实了其作用机制。结果发现，TDCIPP暴露改变了稀有鮈鲫DNA损伤相关的多个信号通路，包括细胞周期、DNA复制、范可尼综合征、p53信号通路、和DNA修复等；彗星实验发现TDCIPP引起了稀有鮈鲫肝脏DNA损伤，但TBOEP和TPHP未引起同样的效应；此外，TDCIPP引起了细胞凋亡，提高了caspase-3和caspase-9酶的活性，并提高了肝脏组织中8-OHdG的浓度，但三种有机磷酸酯阻燃剂都没有改变DNA甲基化的程度。因此，首次证实了TDCIPP能引起DNA损伤，并最终导致遗传毒性。相关成果发表在Environ. Int.期刊上。
3. 发现鱼类行为学作为毒理学研究重要测试终点，证实了多种行为学指标联合使用重要性。针对多种实验鱼类的行为反应敏感性差异问题，以斑马鱼、青鳉和稀有鮈鲫为实验动物，比较分析了多种实验鱼类行为特征，包括焦虑样行为、新物体识别、社交偏好行为、光暗刺激和声音刺激的适应性以及空间学习和记忆能力。其中，青鳉（d-rR）对重复的明暗刺激和声音刺激表现出微弱反应或无反应。此外，0.01％ v/v实验室常用助溶剂（乙醇、丙酮和二甲基亚砜）7天暴露后，未观察到三种实验鱼类幼鱼明显的行为变化。然而，1 mg/L吡虫啉或2.5μg/L毒死蜱亚慢性暴露显著改变了斑马鱼和稀有鮈鲫空间学习与记忆能力，且分别降低了青鳉的过度活跃行为和社交偏好。综上所述， 0.01％ v/v的助溶剂对鱼类的行为影响可忽略不计。基于多种鱼类的行为反应敏感性差异，单一行为作为测试终点可能难以表征环境污染物的毒性影响。因此，综合多种鱼类行为学指标可作为环境污染物毒理学研究重要测试终点。相关成果发表在Sci. Total Environ.期刊上。
4. 发现CBZ与氯胺反应产物具有比加氯反应产物更高的DNA损伤效应。针对水处理过程中人为污染物及其转化产物污染问题，采用生物效应导向分析结合QSAR模型预测，研究了卡马西平（CBZ）氯胺消毒的形成产物动力学及毒性变化机制，发现CBZ与氯胺反应产物具有DNA损伤效应，并且比其加氯产物毒性更高。进一步研究了CBZ与氯胺的反应过程，发现在一氯胺稳定存在时(pH 8.65)，CBZ与一氯胺的反应是二级反应，反应速率为4.2 M-1 h-1，远低于与次氯酸根的反应速率。不同pH条件对反应速率的影响也证明，氯胺自分解产生的一氯胺与二氯胺对CBZ的降解不起主要作用。产物浓度低、种类多，吖啶、9(10) H-吖啶酮具有更强的细胞毒性或遗传毒性，然而并不是主要的毒性贡献产物，推测可能未知的小分子含氮产物毒性贡献更大。相关成果发表在Sci. Total Environ.期刊上。
5. 构建了用于水质综合毒性在线实时预警的多层级生物预警技术。针对单一物种生物预警难以全面应对不同污染物的突发污染事故的问题，利用多层级生物（鱼、菌）对有毒污染物敏感的特点，基于标准模式生物生理响应与水体中有毒物质具有剂量效应关系的毒理学机制，将模式鱼与发光菌作为多层级标准模式生物，通过生物传感器监测模式生物生理变化（行为变化、发光量变化），构建了多层级生物预警技术（图2），实现水质综合毒性的在线实时预警与监测，拓展了生物预警的监测覆盖范围，进一步全面有效地预警监测水质突发污染事故。在广东省梅州市的6个地级市水源地全域部署了6套多层级生物预警设备，组成覆盖全市的生物预警监测网并业务化预警监测，全面提升了梅州市水源地水质水生态监测评价水平，为梅州市全市水源地水质安全预警监管和突发性污染事故的快速响应发挥了重大作用。
图2 多层级生物预警系统多层级生物预警系统软件界面
