（环境科学专业论文）典型拟除虫菊酯类农药潜在毒性的整合评价研究.pdf

浙江大学博士学位论文 果表明，在体外模型中，拟除虫菊酯类农药的共同代谢产物能引起比起母体化合 物更强的免疫细胞毒性。 ( 2 ) 在初步评估拟除虫菊酯对单核细胞免疫毒性的基础上，选择联苯菊酯作 为拟除虫菊酯类农药的代表，以人单核细胞u 9 3 7 和b a l b c 鼠分别作为体外和 体内生物模型，通过多种体内外实验方法，研究拟除虫菊酯引起的免疫毒性及其 对映体选择性，并利用分子生物学手段深入研究联苯菊酯对映体诱导免疫毒性的 分子机制。体内实验结果显示，联苯菊酯并未引起任何免疫功能的紊乱，但能对 脾脏细胞产生明显的氧化损伤和细胞毒性。在单核细胞体外模型中，联苯菊酯同 样显示了免疫毒性作用，两个对映异构体在氧化损伤和细胞毒性的诱导上都显示 出明显的对映体差异通过引起不同程度的氧化损伤、干扰细胞内多条凋亡信号 通路、产生选择性的细胞毒性，联苯菊酯对映异构体能引起立体选择性的免疫毒 性研究结果表明，联苯菊酯能对非靶标生物产生对映体选择性的免疫毒性 ( 3 ) 拟除虫菊酯作为内分泌干扰物，可能会干扰生殖内分泌系统的激素信号 传导网络，从而对哺乳动物和人类产生潜在的生殖危害。我们以人绒毛膜上皮癌 细胞系j e g 3 作为模拟胎盘作用的体外模型，研究联苯菊酯对细胞活性、激素分 泌和相关基因表达的影响，探讨联苯菊酯外消旋体与其对映体对滋养层细胞激素 功能的干扰作用及其分子机制，并通过分子模拟的方法预测不同对映异构体与雌 激素受体仅( e r a ) 的相互作用模式在利用细胞活性实验确定暴露浓度的基础 上，激素分泌和基因表达的实验结果表明，联苯菊酯不仅能够促进孕酮和人绒毛 膜促性腺激素的分泌、诱导促性腺激素释放激素i ( g n r h i ) 及其受体g n r h r i 表达水平的上调，还能显著改变类固醇生成基因的表达水平。联苯菊酯外消旋体 和对映体都能通过雌激素受体通路的作用，干扰滋养层细胞中的激素信号通路， 而且联苯菊酯对生殖内分泌相关激素的干扰作用显示出一致的对映体选择性顺 序：s - b f a c b f r b f 。分子模拟的结果显示，联苯菊酯对映异构体与e r a 形成的复合物在柔韧性和构象变化上不存在明显的差异，但s b f 在与e r a i 约结合 中表现出比r b f 更强的亲和力，这可能部分解释了联苯菊酯的对映体选择性生 殖内分泌干扰作用 ( 4 ) 低浓度拟除虫菊酯引起的潜在肝脏毒性及其分子机制仍不清楚，目前常 用的肝脏疾病临床指标可能无法准确指示潜在肝脏损伤的发生我们以b a l b c i v 摘要 小鼠作为体内实验模型，通过对组织形态、酶活性、细胞活性、氧化损伤、c a s p a s e 活性、细胞凋亡以及代谢相关基因表达水平的检测，全面评价联苯菊酯引起的潜 在肝脏损伤，并深入研究毒性作用产生的分子机制。组织形态和血清酶活性都未 发生明显变化。但联苯菊酯暴露对肝脏细胞产生细胞毒性和氧化应激，同时引起 c a s p a s e 激活和线粒体细胞凋亡通路的启动。基因芯片的结果显示，联苯菊酯能 广泛地干扰代谢过程，强烈诱导c y p s 、g p x s ，g s t s 和激酶等氧化应激相关基 因。研究表明，即使在传统临床和病理指标没有出现明显肝脏损伤的情况下，联 苯菊酯能够引起氧化损伤，通过c a s p a s e 介导、线粒体相关的细胞凋亡，最终引 起肝脏损伤 正在使用的手性农药的健康与生态安全已成为全球关注的新问题。我们的研 究结果说明，拟除虫菊酯类农药可能通过引起对细胞的氧化损伤，干扰细胞内外 各种信号传导网络，经由不同途径启动细胞凋亡，在分子与细胞水平上对不同的 靶器官造成毒性作用。对映体选择性可能普遍存在于拟除虫菊酯引起的各种潜在 毒性作用当中在评价拟除虫菊酯类农药对于人类及哺乳动物的健康风险时，需 要整合评价其对映异构体在分子、细胞、个体水平上的各种潜在毒性。 关键词：手性农药；对映体选择性；拟除虫菊酯；免疫毒性；内分泌干扰；肝脏 损伤；细胞凋亡；健康风险评价 v 浙江大学博士学位论文 v i a b s t r a c t w i d e s p r e a do c c u r r e n c eo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n sh a sr e s u l t e di n r i s k st o p u b l i ch e a l t ha n de n v i r o n m e n t a ls a f e t y n o w a d a y s ，s p e c i a la t t e n t i o n sa l ep a i dt o p o t e n t i a lt o x i ce f f e c t st oh u m a n sa n dm a m m a l si n d u c e db ys o m ec u r r e n tu s e p e s t i c i d e s p y r e t h r o i d sa l ec h a r a c t e r i z e db yt h e i rh i g he f f i c a c yt oi n s e c t s ，l o w e n v i r o n m e n t a lm o b i l i t ya n dr e l a t i v e l yl o wm a m m a l i a nt o x i c i t y p e o p l ea n da n i m a l s c a l l e a s i l yc o m ei n t oc o n t a c tw i t hp y r e t h r o i d sw h e nt h e ya r er e l e a s e di n t ot h e e n v i r o n m e n t , a n db ee x p o s e dt ot h e mi ns e v e r a lw a y sd u r i n gd a i l yl i f e r e c e n ts t u d i e s s h o w e dt h a ts o m ep y r e t h r o i d sd i s p l a yd i f f e r e n tt o x i ce f f e c t sa n dm a yp o s s e s sh e a l t h r i s k st oh u m a n sa n do t h e rm a m m a l s a sa ni m p o r t a n tf a m i l yo fc h i r a lp e s t i c i d e s ， p y r e t h r o i d sa l s os h o we n a n t i o s e l e c t i v et o x i c i t i e st on o n - t a r g e to r g a n i s m s c u r r e n ts t u d i e so fp o t e n t i a lt o x i c i t i e si n d u c e db yp y r e t h r o i d sm o s t l yf o c u so n i n d i v i d u a lt o x i ce f f e c tc a u s e db yt h er a c e m i cf o r m l i t t l ea t t e n t i o nh a sb e e ng i v e nt o t h em o l e c u l a rm e c h a n i s mo ft o x i c i t yi n d u c e db yas i n g l ee n a n t i o m e r i nt h ep r e s e n t s t u d y , s e v e r a lc o m m o nu s e dc h i r a lp y r e t h r o i d s ，r e p r e s e n t e db yb i f e n t h r i n ( b f ) ，w e r e c h o s e nt oe v a l u a t ei m m u n o t o x i c i t y , r e p r o d u c t i v ee n d o c r i n ed i s r u p t i o na n dl i v e ri n j u r y i nv i t r oa n di nv i v o b o t ht h eu n d e r l y i n gm e c h a n i s m s a n de n a n t i o s e l e c t i v i t yo f t o x i c i t i e sw e r ei n v e s t i g a t e du s i n gm o l e c u l a rb i o l o g ym e t h o d s i ti se x p e c t e dt h a tb o t h t h er e s u l t sa n da p p r o a c h e sd e v e l o p e di nt h ep r e s e n ts t u d ym a yb eu s e f u lt oa c h i e v e m o r ec o m p r e h e n s i v er i s ka s s e s s m e n t so f p y r e t h r o i d s t h ed e t a i l so fo u rs t u d ya r ea s f o l l o w s ： ( 1 ) r i s ka s s e s s m e n to fm a n m a d ec h e m i c a l ss u c ha sp e s t i c i d e sa r em a i n l y f o c u s e do np a r e n tc o m p o u n d s ，a n dr e l a t i v e l yl i t t l ei sk n o w na b o u tt h e i rm e t a b o l i t e s ， e s p e c i a l l yw i t hr e g a r dt ot a r g e to r g a nd a m a g e ss u c ha si m m u n o t o x i c i t y i nt h ep r e s e n t s t u d yt h ei m m u n o t o x i c i t yo ff i v ep y r e t h r o i d sa n dt h r e ec o m m o nm e t a b o l i t e sw a s e v a l u a t e du s i n ga ni nv i t r om o d e lb ym t ta s s a y , c y t o f l o wa n de n z y m e l i n k e d i m m u n o s o r b e n ta s s a y ( e l i s a ) c e l lv i a b i l i t ya n da p o p t o s i sa s s a y ss h o w e dt h a tb o t h s p sa n dt h e i rm e t a b o l i t e sp o s s e s s e dc y t o t o x i c i t yt ot h em o n o c y t i cc e l l s t h ea l d e h y d e a n da c i dd e r i v a t i v e sw e r em o r ee f f e c t i v et h a nt h eo t h e rc o m p o u n d sa tc y t o t o x i c i t y , v 浙江大学博士学位论文 w i t hi n h i b i t i o no fc e l lv i a b i l i t yb y5 6 8a n d5 0 6 a t10 一m o l l ，a n di n d u c t i o no f8 5 2 a n d8 81 c e l la p o p t o s i s ，r e s p e c t i v e l y e x p o s u r et os p sa n dt h e i rm e t a b o l i t e sa l s ol e d t oc h a n g e si nt h es e c r e t i o nl e v e l so ft u m o rn e c r o s i sf a c t o ra ( n 盯a ) a n di n t e r l e u k i n s ( i l s ) ，a n da g a i nt h em e t a b o l i t e ss h o w e ds t r o n g e re f f e c t st h a nt h ep a r e n tc o m p o u n d s t h ea l d e h y d ed e r i v a t i v eu p r e g u l a t e di l 一12 p 7 0l e v e lb y1 8 7f o l da n dt h ea l c o h o la n d a c i dd e r i v a t i v ei n c r e a s e dt h es e c r e t i o no ft n f 5 8 8a n d7 9 6f o l dr e l a t i v et ot h e c o n t r o lg r o u p i nt h ei nv i t r om o d e l ，t h ec o m m o nm e t a b o l i t e so fp y r e t h r o i d sc l e a r l y e x c e e dg r e a t e ri m m u n o t o x i ce f f e c t st om o n o c y t e st h a nt h ei n t a c tp a r e n tc o m p o u n d s ( 2 ) b a s e do n t h er e s u l t st h a tp y r e t h r o i d s p o s s e s s e di m m u n o t o x i c i t y t o m o n o c y t e s ，b fw a sc h o s e nt oe v a l u a t eb o t ht h em e c h a n i s m sa n de n a n t i o s e l e c t i v i t yo f i m m u n o t o x i c i t y nv i t r oa n di n v i v o r e s u l t so ft h ei nv i v ob a l b cm i c em o d e l s h o w e dt h 她a l t h o u g ht h e r ew a sn od y s f u n c t i o ni nm o u s es p l e e n ，i n t e n s i v e c y t o t o x i c i t ya n do x i d a t i v es t r e s sw e r ei n d u c e di nr e s p o n s et ob ft od i s t u r bi m m u n e f u n c t i o n s s i m i l a rr e s u l t sd i s p l a y e di nt h ei nv i t r om o n o c y t e sm o d e la n ds i g n i f i c a n t e n a n t i o s e l e c t i v i t ye x i s t e di ni m m u n o t o x i c i t yi n d u c e db yb fe n a n t i o m e r s t h et w o e n a n t i o m e r sc o u l di n d u c ee n a n t i o s e l e c t i v ei m m u n o t o x i c i t yt h r o u g hg e n e r a t i o no f o x i d a t i v es t r e s s ，d i s t u r b a n c eo fd i f f e r e n ta p o p t o s i ss i g n a l i n gp a t h w a y sa n dc a u s i n g c y t o t o x i c i t yt om o n o c y t e s a l lt h er e s u l t sr e v e a l e dt h a tb fp o s s e s s e de n a n t i o s e l e c t i v e i m m u n o t o x i c i t yt on o n - t a r g e to r g a n i s m s ( 3 ) k n o w na so n ek i n do fe n d o c r i n ed i s r u p t i n gc h e m i c a l s ，p y r e t h r o i d sc o u l d d i s r u p tt h es i g n a l l i n gw e bo fe n d o c r i n ea n dr e p r o d u c t i v es y s t e m sa n dc a u s ea d v e r s e r e p r o d u c t i v e e f f e c t si nm a m m a l sa n dh u m a n s i nt h ep r e s e n ts t u d y , p o s s i b l e e n a n t i o s e l e c t i v ei n t e r f e r e n c eo fh o r m o n e si nt r o p h o b l a s tt ob fe x p o s u r ew a s i n v e s t i g a t e d t h ej e g 一3c h o r i o c a r c i n o m ac e l l sw e r eu s e da st h ei n v i t r om o d e lt o s t u d yp l a c e n t a lf u n c t i o n s t h ep o s s i b l ea c t i o n so fb fo nc e l lv i a b i l i t y , h o r m o n e s e c r e t i o na n dg e n ee x p r e s s i o n sw e r ee v a l u a t e da n di n t e r a c t i o nm o d e so fb f e n a n t i o m e r sw i t he s t r o g e n r e c e p t o ra 饵r a ) w e r ef u r t h e rp r e d i c t e db ym o l e c u l a r m o d e l i n g a f e rd e t e r m i n a t i o no ft h ed o s er a n g eo fb ft h r o u g hm t t ，r e s u l t sf r o m h o r m o n es e c r e t i o na n dg e n ee x p r e s s i o nr e v e a l e dt h a t ，b fc o u l di n d u c es e c r e t i o n so f p r o g e s t e r o n e a n dh u m a nc h o r i o n i cg o n a d o t r o p i n ( h c g ) ，u p r e g u l a t i o no f g o n a d o t r o p i n r e l e a s i n gh o r m o n e ( g n r h ) a n di t sr e c e p t o rm r n ae x p r e s s i o nl e v e l s ，i n a d d i t i o nt os i g n i f i c a n ta l t e r a t i o no fs t e r o i d o g e n i cg e n ee x p r e s s i o n b o t ht h er a c e m i c a n de n a n t i o m e r i cb fc o u l da c tp a r t l yt h r o u g he rt od i s t u r bt h eb a l a n c eo fh o r m o n e s i nt r o p h o b l a s t ac o n s i s t e n te n a n t i o s e l e c t i v i t yw i t ht h er a n ko r d e ro fs - b f r a c - b f r - b fw a ss h o w e di nh o r m o n e d i s r u p t i n g u s i n gt h em o l e c u l a rm o d e l i n g ，a l t h o u g hn o s i g n i f i c a n td i f f e r e n c ew a sf o u n di nf l e x i b i l i t ya n dc o n f o r m a t i o n a lc h a n g eo fe r a i n c o m p l e xw i t hb fe n a n t i o m e r s ，c o m p a r a t i v e l ys t r o n g e rb i n d i n ga f f i n i t yo fs - b ft o e r at h a nt h a to fr - b fw a sr e v e a l e dt op a r t l ye x p l a i nf o r t h ee n a n t i o s e l e c t i v i t yo fb f ( 4 ) t h ep o t e n t i a lh e p a t o t o x i c i t y a f t e r e x p o s e dt o l o wc o n c e n t r a t i o n so f p y r e t h r o i d sa n dt h em e c h a n i s mr e m a i nu n c l e a ra n d c o u l db ee a s i l yo v e r l o o k e di fo n l y t h ec o m m o nc l i n i c a li n d i c a t o r so fl i v e rd i s e a s ea r ee x a m i n e d i nt h ep r e s e n ts t u d yw e e v a l u a t e dt h ep o t e n t i a ll i v e ri n j u r yo fb fa n di n v e s t i g a t e dt h eu n d e r l y i n gm e c h a n i s m s u s i n gb a l b cm i c ea s 锄i nv i v om o d e l c h a n g e si nt i s s u eh i s t o l o g y , s e r u me n z y m e a c t i v i t i e s ，c y t o t o x i c i t y , o x i d a t i v es t r e s s ，c a s p a s ea c t i v i t i e sa n de x p r e s s i o no fg e n e s r e l a t e dt oa p o p t o s i sa n dm e t a b o l i s mw e r ea n a l y z e d h i s t o l o g i c a la n a l y s e sa n ds e r u m e n z y m ea c t i v i t i e ss h o w e dn oo b v i o u sc l i n i c a le v i d e n c eo fl i v e rd a m a g e c y t o t o x i c i t y a n do x i d a t i v es t r e s sw e r ei n d u c e di nr e s p o n s et ob f e x p o s u r et ob fa l s oa c t i v a t e d c a s p a s e sa n dt r i g g e r e dm i t o c h o n d r i a la p o p t o t i cs i g n a lp a t h w a y si nt h em o u s el i v e r t h em i c r o a r r a yr e s u l t ss h o w e dt h a tb fc o u l dd i s t u r bt h em e t a b o l i cp r o f i l ea n d e x t e n s i v e l yi n d u c eg e n e sr e l a t e dt oo x i d a t i v es t r e s s ，i n c l u d i n gc y p s ，g p x s ，g s t sa n d k i n a s e s i nt h ei nv i v om o d e l ，b fi n d u c e dl i v e ri n j u r yt h r o u g hc a s p a s e m e d i a t e d m i t o c h o n d r i a l - d e p e n d e n tc e l ld e a t h ，ap r o c e s st h a tw a sc l o s e l yr e l a t e dt oo x i d a t i v e s t r e s s ，e v e ni nt h ea b s e n c eo fc l a s s i c a lc l i n i c a lb i o m a r k e r so fl i v e rd y s f u n c t i o n h e a l t hr i s ka s s e s s m e n ta n de n v i r o n m e n t a ls a f e t yo ft h ec u r r e n tu s ep e s t i c i d e s h a v eb e c o m eah o ti s s u eo fs c i e n t i f i cr e s e a r c h e s r e s u l t so ft h ep r e s e n ts t u d ys u g g e s t t h a tp y r e t h r o i d sc a ne x e r td i f f e r e n tt o x i ce f f e c t sv i at h ep r o c e s s e so fi n d u c t i o no f o x i d a t i v es t r e s s ，i n t e r f e r e n c eo fs i g n a l i n gp a t h w a y s , t r i g g e r i n ga p o p t o s i sa n df i n a l l y p o s s e s s i n gt o x i c i t i e st od i f f e r e n tt a r g e to r g a n s e n a n t i o s e l e c t i v i t ye x i s t sc m m o n l yi n p o t e n t i a lt o x i c i t i e so fp y r e t h r o i d s i ti ss u g g e s t e dt h a tm o r ei n t e g r a t i v eh e a l t hr i s k a s s e s s m e n t so fp y r e t h r o i d sb yc o n s i d e r i n gt h ee n a n t i o s e l e c t i v i t i v et o x i ce f f e c t sa tt h e 浙江大学博士学位论文 l e v e l so f m o l e c u l e s ，c e l l s ，a n do r g a n i s m sa r ei m p e r a t i v e k e y w o r d s ：p y r e t h r o i d s ；c h i r a lp e s t i c i d e s ；e n a n t i o s e l e c t i v i t y ；i m m u n o t o x i c i t y ； e n d o c n n ed i s r u p t i o n ；l i v e ri n j u r y ；a p o p t o s i s ；h e a l t hr i s ka s s e s s m e n t x 致谢 致谢 随着毕业论文的最终成稿，人生的一个重要阶段即将结束。回望大学生涯， 受教于师长，承情于同窗，始于紫金港，终于紫金港。九年的浙大生涯不仅带给 我学习和科研上的历练，更给予我对生活和生命的体验与感悟，它将作为一笔宝 贵的财富永远留存于我的记忆之中。谨以此文向所有关心、爱护、帮助过我的师 长、同学、朋友和家人表达我最诚挚的感谢和祝福。 特别感谢我的导师刘维屏教授。正是刘老师为我提供了攻读博士的机会，给 予我宽松、纯粹的学 - j 科研环境，让我能够在感兴趣的领域自由发挥、不断尝试， 实践和实现自己的理想。刘老师对科学研究的执著和激情以及对环境发展的责任 感深深感染着我；他严谨求是、精益求精的治学精神和大胆创新、不拘一格的思 考方式给予我无尽的启迪；而他严以律己、宽以待人的生活作风和平易近人、朴 实无华的人格魅力更让我受益良多。 我的学业及论文得到了各个学校、研究机构的老师和同学们的帮助和支持。 是他们的无私帮忙让我得以顺利完成学业，在此特向所有人表示最诚挚的谢意。 衷心感谢赵美蓉老师在实验设计及论文写作上给予的有益指导、大力支持和无私 帮助，让我在毒理学研究中找到乐趣。感谢师兄蔡喜运博士带我进入科研的大门 并长期在学 - - j 科研上给予关心和指导。感谢师姐王鲁梅博士身体力行教会了我为 人处事的品质。感谢师兄林坤德博士、陈胜文博士、张安平博士、徐超博士，师 姐马云博士、周珊珊博士在实验上的指导以及生活中的关心。感谢师姐金美青博 士和叶璩博士陪伴我一起度过三年多美好的时光并时刻给予我学习和生活上的 关怀和鼓励。感谢师妹王萃博士在实验上的大力帮助以及师姐陆娴婷博士、师妹 牛丽丽博士、唐梦龄博士、杨叶硕士的热情支持。感谢刘璩老师在毒理学上指导、 庄树林老师在分子模拟上的帮助以及文岳中老师的帮助和支持感谢李玲博士， 金丽霞博士、杨华云博士、张琼博士、王佳佳硕士、杨彩霞硕士、严航贞硕士、 张聪硕士、胡芬硕士、杨燕硕士的帮助和关心 衷心感谢南京大学沈萍萍教授多次在实验设计上给予的无私指导和帮助。感 谢加州大学河滨分校的甘剑英教授在英文写作上的指导和建议感谢浙江大学生 命科学学院的周耐明教授不厌其烦地解答我在细胞信号转导中的疑惑。感谢浙江 浙江大学博士学位论文 省人民医院的何徐军和南京大学吴媛媛博士提供实验技术上的帮助。感谢加州纳 米研究中心吴箭老师和邵逸夫医院王琦老师在流式细胞仪使用上提供的指导。感 谢浙江大学动物实验中心卫振老师和医学院朱有法老师在动物实验中提供的帮 助。感谢浙江省中医院血液科友好馈赠细胞株 特别感谢我的父母和家人一直以来的默默支持和鼓励。他们为我提供坚强的 后盾，让我可以专心致志地完成学业；他们给予我遮风蔽雨的港湾，让我在黑暗 中永现阳光，迷途中永见明灯，心中充满温暖和幸福。希望我能有更多的时间和 机会，承欢膝下，报答亲恩。衷心感谢叶盛华老师几年来的言传身教，她恭德慎 行、豁达淡泊、宁静致远的大家风范足令我受用终身，馨香祝祷叶老师健康长寿。 衷心感谢我的朋友们与我一起一路走来，陪伴我度过这段永生难忘的岁月，让我 收获了弥足珍贵的友情。西子湖畔，老和山下，且行且唱，促膝谈心，把酒言欢， 他们无尽的关心，鼓励和支持让我勇敢地面对困境，潇洒地笑对人生，点点滴滴， 铭记心中。衷心感谢所有人，一直用爱无私地包容我，让我可以这样幸运而幸福 地静静微笑! 再次向所有关心、爱护、帮助过我的人们表达最衷心的感谢! 回首五年博士 生活，难忘杭州，难忘浙江大学，难忘师长和知交们! 唯愿所有我爱的和爱我的 人们一生平安，健康、快乐! 张颖 2 0 11 年6 月 于浙大西溪园 绪论 1 1 前言 第一章绪论 当农药被人类主动释放到环境中时，一方面高效地控制农林病虫害，为人类 温饱和农业发展做出不可磨灭的贡献；另一方面，则造成了环境污染和食品安全 问题，对人类和动物的健康构成巨大的威胁。农业农药环境三者之间的矛盾使 得针对农药对公众健康以及生态安全做出风险评价( r i s ka s s e s s m e n t ) 成为刻不 容缓的问题。毒性评价作为健康风险评价体系的重要研究内容，对农药的各种毒 性及其作用机制的研究可以为农药的风险评价及预警提供重要的科学依据。传统 的农药健康风险评价体系主要通过在个体水平上对农药进行各种毒理学实验而 展开，重点关注农药对职业人群的健康影响。近年来，研究者越来越重视在长期 低剂量暴露下农药对普通人群造成的潜在毒性。目前公众对农药潜在毒性的注意 点仍然主要集中于d d t ，h c h 等一些持久性有机污染物。而对于正在使用的农 药( c u r r e n tu s ep e s t i c i d e s ) ，由于在研发过程中已经通过传统健康风险评价的毒性 实验，对其所引起的潜在毒性的关注度并不高。然而，随着研究的深入，越来越 多的研究者发现多种低毒的新型农药也可能对人类健康造成相当大的威胁因 此，对农药的健康风险评价远非一劳永逸，需要利用新技术、新方法对其毒理学 效应和机制进行全面深入的再评价，以期更加准确地评价农药对生态环境和人类 健康的影响 拟除虫菊酯类农药是由天然除虫菊素发展而来的一类新型、高效、安全的杀 虫剂( c a s i d a1 9 8 0 ) ，约占世界杀虫剂市场的2 0 ( 刘维屏2 0 0 6 ) 。由于拟除虫 菊酯具有广谱高效的杀虫活性、低的环境残留量和较低的哺乳动物毒性，在世界 范围内被大量应用于农林生产和家庭园艺中( s p u r l o c ka n dl e e2 0 0 8 ) 。随着有机 磷农药的禁用，拟除虫菊酯的需求量不断增加。因不恰当和过量使用拟除虫菊酯 引起的安全事件逐年增多( e p a2 0 0 9 ) ，由其造成的生态安全和健康风险也引起 越来越多研究者的重视( f r a n ka n dm a r s h a l l2 0 0 8 ) 。已有大量研究表明，拟除虫 菊酯可能对非靶标生物存在内分泌干扰( g oe ta 1 1 9 9 9 ；k o j i m ae ta 1 2 0 0 4 ) 、免 疫毒性( b l a y l o c ke ta 1 1 9 9 5 ；c l i f f o r de ta 1 2 0 0 5 ；d i e le ta 1 1 9 9 8 ) 、神经毒性 浙江大学博士学位论文 ( s o d e r l u n de ta 1 2 0 0 2 ) 等多种潜在毒性( a t s d r2 0 0 3 ) 由于生物大分子的立体特异性，使生命系统具有高度专一的立体选择性。手 性农药( c h i r a lp e s t i c i d e ) 的对映异构体( e n a n t i o m e r ) 与生物体系统相互作用时， 往往表现出较大的差异( l i ue t a l 2 0 0 5 a ) 。拟除虫菊酯结构中的不对称碳原子使 其具有2 3 个手性中心。拟除虫菊酯对映体对靶标生物的杀虫活性显示出显著的 对映体选择性( c o a t s1 9 9 0 ；s o d e r l u n de ta 1 2 0 0 2 ) 在拟除虫菊酯对非靶标生物 的毒性研究中也发现，不同的对映异构体能引起多种潜在毒性的对映体选择性， 包括内分泌干扰( j i ne ta 1 2 0 0 8 ；w a n ge ta 1 2 0 0 7 ；z h a oe ta 1 2 0 1 0 ) 、免疫毒性 ( z h a oe ta 1 2 0 1 0 ) ，神经毒性( h ue ta 1 2 0 1 0 ) 、发育毒性( j i ne ta 1 2 0 1 0 ；m ae t a 1 2 0 0 9 ；x ue ta 1 2 0 1 0 ) 等。尽管对拟除虫菊酯手性特征的研究已经有一定的进 展，但是由于手性农药与生物系统作用的复杂性，在拟除虫菊酯对映体选择性毒 性的产生机制和普遍规律上，目前尚无定论。因此，在手性层面上，利用分子生 物学方法，开展毒性作用在细胞和分子水平上的研究，对拟除虫菊酯类农药的潜 在毒性进行全面的评价，是一个非常有意义且富有挑战性的课题。 1 ；2 农药健康风险评价 1 2 1 健康风险评价体系 2 0 世纪4 0 年代以来，大量人工合成的化合物通过各种途径进入环境。这些 化合物通过各种各样的方式对人类和动植物造成毒性作用。随着生活水平的提 高，公众对食品、饮用水、药物、环境污染物及其副产品对健康的威胁越来越关 注。研究生物体接触外源性化合物或有害因素后产生的潜在毒性效应及其作用机 制，并对公众健康或生态安全做出风险评价成为当务之急。 现代的健康风险评价可以追溯到1 9 7 5 年的人类环境国际大会。现行的风险 评价体系多数参考美国国家科学研究理事会( n a t i o n a la c a d e m yo fs c i e n c e s ， n r c ) 在19 8 3 年发布( ( t h en r cr i s ka s s e s s m e n tp a r a d i g m ) ) 红皮书。书中将健 康风险评价分为四个步骤，即危害鉴定( h a z a r di d e n t i f i c a t i o n ) 、剂量效应关系评 价( d o s e r e s p o n s ee v a l u a t i o n ) 、暴露评价( e x p o s u r ee v a l u a t i o n ) 和风险特征分析 ( r i s kc h a r a c t e r i z a t i o n ) ( 图1 1 ) 此后美国环境保护署( e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n 2 绪论 a g e n c y ，e p a ) 又据此制定和颁布了一系列技术性指南，并于1 9 8 9 年对红皮书 做出了修订。至此，风险评价体系基本形成，并被不断发展与完善。目前欧洲各 国的健康风险评价体系大多与此类似。我国的风险评价起步很晚1 9 9 2 年的土 壤及地下水污染整治法中最早提出，要依照环境影响与健康风险评价结果来进 行污染整治而对健康风险评价的快速发展主要集中在2 0 0 0 年之后。 图1 1n r c 风险评价体系( 修改自n r c1 9 9 4 ；f a u s t r n a na n do m e n n2 0 0 1 ) f i g 1 1t h en r c r i s ka s s e s s m e n tp a r a d i g m ( m o d i f i e df r o mn r c19 9 4 ；f a u s t m a na n do m e n n2 0 01 ) 在健康风险评价开展之初，人们集中关注于肿瘤发生的风险评价。近年来， 越来越多的研究者开始应用类似的方法对非致癌性化合物的毒性作用进行评价。 风险评价的科学核心部分是对外源性化合物的毒理