環境內分泌干擾物的暴露特征及健康風險評價模式

段志文

（沈陽醫學院公共衛生學院沈陽市食品安全與風險評價研究重點實驗室，遼寧 沈陽 110034）

迄今為止，美國化學文摘 社 （Chemical Abstracts Service，CAS）創立的化學物質數據庫 CAS REGISTRYSM，已收錄超過1.6億種化學物，其中商用化學物達1.04億之多，具有 CAS登記號的超4 000萬［1］。 化 學 藥 品、 農藥、日用化學品、工程塑料等人工合成化學物，在給人類生活帶來方便和舒適的同時，也帶來一定的風險。大量人工合成化學物不斷被釋放到環境空間，給生態環境和人類自身帶來一定危害。1962年Rachel Carson撰寫的 《寂靜的春天》，便關注到農藥二氯二苯基三氯乙烷 （DDTs）對環境的危害，呼吁人們提高對自然環境的保護意識；1996年Theo Colborn等合著的 《我們被偷走的未來》，關注到人工合成化合物、特別是環境內分泌干擾物 （environmental endocrine disruptors， EEDs）對生態環境和人類自身的影響。EEDs自1991年被定義以來［2］，一直受到廣大科技工作者和政府部門的重視，研究顯示，EEDs類物質可模擬或拮抗內源性激素活性，引起機體內環境調節失衡，產生以生殖毒性［3］為主的一系列損害，包括氧化應激、神經功能調節、脂代謝異常、腫瘤發生等。因此，深入研究并表征人群接觸EEDs的特點，找到靈敏、準確評價EEDs風險的模式，對于保護生態環境和人群健康意義重大。本文就EEDs在環境中的釋放、人群接觸特點及評價模式研究進展進行綜述。

1 EEDs在環境中的釋放

EEDs分為天然和人工合成兩類，除鉛、汞、砷等金屬類外，其余均為有機化學物。按其用途可分為工業原材料、洗滌用品、化妝品、農藥、包裝材料等，因工業生產和生活應用被不斷釋放到空氣、水體、土壤等環境介質中，以不同方式與機體接觸并進入體內，對健康產生一定的影響。

空氣中EEDs主要來源于工業生產釋放、垃圾焚燒以及家庭裝修。韓國最大的人工湖之一—阿桑湖地區，分布有工業綜合體和農田，研究發現整個區域都存在鄰苯二甲酸酯類 （PAEs）污染物，其中空氣中總 PAEs的平均濃度為 3.92～33.09 ng／m3， 主要來源于工業生產［4］； 國內某大型天然湖泊大氣顆粒物中PAEs的濃度在湖岸邊為2.74～ 11.89 ng／m3， 市區為 2.62 ～ 15.33 ng／m3，主要通過大氣遷移而來［5］。相比于室外空氣中含有的EEDs，人們會更關心室內空氣的清潔度。有研究表明中國住宅室內灰塵暴露鄰苯二甲酸二乙基己酯 （DEHP）的量占總攝入量的2%～5%，而美國則占10%～58%［6］； Pei等［7］對杭州10 套新裝修房子的臥室、客廳和書房的空氣進行檢測發現，DEHP濃度平均為2 437 ng／m3，說明新裝修房子室內空氣中DEHP濃度更高；Chen等［8］檢測位于北京市的三個室內場所 （學生宿舍、公寓、辦公室）PM2.5中六種鄰苯二甲酸鹽，PAEs總量分別為468、498和280 ng／m3，主要成分是鄰苯二甲酸二丁酯 （DBP） 和 DEHP， 占 PM2.5結合 PAEs總量的76.3%～97.7%，化妝品和個人護理用品、增塑劑和PVC制品可能是室內PM2.5結合PAEs的重要來源。

土壤是污染物主要儲存庫，并可通過土壤滲透至地下水、地表徑流至地表水、蒸發至大氣中。土壤中EEDs來自于農藥噴灑、氣霧劑應用、電子垃圾拆解、工業廢水排放、石油化工污染等。EEDs類型與土地用途密切相關。一項使用類固醇受體生物測定法測定我國農業土壤內分泌干擾能力的研究結果顯示，在123個土壤樣品中觀察到高雌激素活性和抗孕激素活性，檢出率分別達到79%和73%；約三分之一的測試樣品表現出雄激素、孕激素和糖皮質激素作用；共有72%和78%的土壤提取物分別具有鹽皮質激素和抗鹽皮質激素活性，并且雌激素活性分別與 DDTs、硫丹（Endosulfans）、 氯丹 （Chlordanes）、 七氯和艾、狄氏劑的含量呈正相關，在種植蔬菜的土壤中可以檢測到有機氯農藥 （OCPs），含量在21.0～592 ng／g之間［9］。在電子垃圾拆解場所的土壤中，重金屬Cd、Cu和Pb的含量是對照區的2～15倍［10］。同一類型污染物在不同功能土壤中含量分布也不同，在鎘污染地區，土壤中鎘含量在工礦區土壤＞礦區農用土壤＞非礦區農用土壤＞城區土壤＞自然土壤［11］；對表層土壤中21種OCPs的污染特征進行研究發現，六六六 （HCHs）和DDTs是構成土壤OCPs污染的主要成分，不同植被類型土壤中，總的OCPs、HCHs和DDTs殘留量最高的土壤類型均為蔬菜地、西瓜地和大豆地［12］。

水體中EEDs來源較為復雜，工業廢水和生活污水直接或間接地排入水體是EEDs進入水體的主要外源途徑，作為內源途徑的水體沉積物中EEDs釋放和前體物降解也不容忽視［13］。在某市自來水中， DEHP 的含量達到了 3.05 μg／L［14］。 我國西部某城市污水處理廠的進水和出水中檢測到5種EEDs， 含量范圍在 38.55～119.88 μg／L和 5.42～54.21μg／L， 其中雌三醇 （E3） 含量最多， 分別占總量的76.38%和71.06%，并且部分EEDs的降解和去除與溫度和季節具有一定的相關性［15］。對某市的天然水體進行檢測，發現泉水中雙酚A（BPA）的濃度最低，長江水 （常熟段）中的BPA濃度最高；對生活中的瓶裝水和桶裝水進行檢測發現，瓶裝水中BPA濃度范圍在1.18～11.40 ng／L，桶裝水中 BPA 濃度范圍在 3.15～55.00 ng／L［16］。由此可見，幾乎在所有的水體中均發現EEDs的蹤跡，而水與人類關系十分密切。見圖1。

圖1 EEDs釋放及轉歸示意圖

2 EEDs的健康損害效應

大量動物實驗及流行病學調查結果顯示，EEDs的暴露會影響機體的內分泌系統、免疫系統、神經系統及生殖系統的功能，尤其是對男性生殖系統的影響［17］。

EEDs在人體多種生物材料中被檢出，人類接觸幾種 PAEs的平均值范圍為 0.26～1.48 μg／kg［18］； 圍產期 BPA 暴露會增加子代大鼠代謝綜合征的風險［19］。調查顯示，美國哺乳期女性約62%的乳汁樣本能檢測到 BPA（0.22～10.8 ng／ml， 中位數 0.68 ng／ml， 平均值為 3.13 ng／ml），且存在種族差異，可能與生活方式等有關［20］。Li等［21］分析了孕婦血液、臍帶血和胎糞樣本中鄰苯二甲酸單-2-乙基己酯 （MEHP）、辛基酚 （OP）和4-壬基酚 （4-NP） 及19種多溴聯苯醚 （PBDEs）同系物等EEDs，結果顯示PBDEs幾乎完全轉移至胎盤并到達胎兒，從而影響胎兒健康。意大利的一項對母體暴露于內分泌干擾物和胎盤轉運結果的初步研究顯示，孕婦血液中全氟辛酸（PFOA）水平與新生兒體重呈負相關，證實了內分泌干擾物可通過胎盤轉移到胎兒并影響妊娠結局［22］。

一項評估男性不育與內分泌干擾物暴露的相關性研究中，La Rocca等［23］選定了磺酸鹽（PFOS）、PFOA、DEHP、MEHP和BPA等幾種內分泌干擾物，結果顯示BPA和PFOA與男性不育之間可能存在相關性。長期職業暴露于多氯聯苯、有機氯、氨基甲酸酯、乙二醇醚、苯乙烯、甲苯、BPA、烷基酚類化合物等內分泌干擾物的男性工人，淋巴瘤的發病風險增加［24］；農業及汽車塑料制造業的員工乳腺癌發病風險較高［25］。國內一項病例對照研究結果表明，在甲狀腺自身抗體陽性的女性中，甲狀腺結節發生風險與尿中BPA濃度接近線性相關［26］。

3 健康風險評價模式

EEDs健康損害問題日益突出，因此，對此類物質的健康風險進行評價，以便采取有針對性的管理和防范措施，減少其對健康的影響顯得尤為重要。所謂健康風險評價是指針對一種EEDs，通過一定的方法定性和定量評價其影響健康的潛在危害性大小。需要注意的是，大多數研究者選擇建立動物暴露模型以評估化學物質的健康風險，但化學物質產生毒作用的閾值濃度具有物種差異，例如MEHP和己烯雌酚 （DES）影響嚙齒類動物的類固醇生成，但對人類影響不大，因此，將動物實驗獲得的數據外推到人類健康風險評估具有一定的局限性［27］。

3.1 激素活性評價 （也稱內分泌干擾效應評價）

體外篩查實驗方法包括雌激素受體 （ER）結合測定實驗、ER反式激活測定 （ERTA）實驗、雄激素受體 （AR）結合測定實驗、重組芳香酶測定實驗和類固醇生成測定實驗；體內實驗包括魚類短期繁殖實驗、青蛙形態改變試驗、青春期大鼠甲狀腺實驗、 大鼠 Hershberger實驗等［28］。Coady等［29-30］使用以上5種體外篩選實驗方法對2，4-二氯苯氧基乙酸 （2，4-D）的內分泌干擾效應進行測試，結果表明2，4-D不具有與雌激素、雄激素或類固醇生成途徑相互作用的潛力，并且通過魚類短期繁殖實驗進行了驗證。體內實驗一般以模式生物為研究對象，斑馬魚作為生態毒理學研究常用的模式生物［31］，在EEDs內分泌干擾效應評價時也是首選。如利用斑馬魚研究PAEs類物質的發育毒性、評估雌激素內分泌干擾活性［32］；也有研究者利用斑馬魚研究化學物質對甲狀腺激素分泌水平、卵巢組織形態的影響以評估其內分泌干擾效應［33-34］。 Molina 等［35］用斑馬魚研究 BPA暴露后對性腺的影響，以評估BPA的內分泌干擾效應，觀察到組織病理學和性腺形態測定是評價斑馬魚暴露BPA后的敏感指標。研究化學物質是否干擾內分泌過程主要篩查手段是動物兩代繁殖毒性測試及動物生命周期試驗［36］。如多溴聯苯醚（PBDEs）對魚類兩代繁殖試驗闡明胚胎期暴露可改變幾種關鍵的類固醇基因的表達來影響性激素的產生，影響配子參數，并對后代的繁殖成功產生不利影響［37］；斑馬魚全生命周期暴露于低濃度的四溴二苯醚 （BDE-47），對親代及子代甲狀腺、內分泌系統產生嚴重影響，表現為子代形態異常、甲狀腺激素合成受影響，增加子代毒性敏感性［38］。

3.2 高通量檢測技術 隨著基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學技術在毒理學領域的應用與發展，EEDs的健康效應評價也應用到這些技術。其優點是通過高通量檢測，可以一次性獲得大規模生物學數據和信息，再通過大數據信息軟件的挖掘、匯總和整理，可以深入了解健康效應的特點、闡明毒性機制。Hultman等［39］利用原代虹鱒魚肝細胞和基因芯片技術，探討ER激動劑17α-炔雌醇 （EE2）的分子作用模式，結果闡明了短期暴露于EE2后，原代魚肝細胞的生物轉化、ER介導的反應、脂質穩態、細胞生長和腫瘤／凋亡可能發生改變，通過一次實驗研究觀察到了EE2影響虹鱒魚肝細胞中與雌激素相關的許多毒理學效應及調控途徑。在毒理學基礎數據庫建立方面，也會用到毒理組學技術，如Richards等［40］利用高通量篩檢和短序列組裝技術，建立了沙丁魚、日本鯖魚和大菱鲆肝臟的全轉錄組數據庫，為進一步比較基因組分析和生物標志物檢測奠定了基礎?；瘜W物生物轉化途徑的多樣性和雙重性，決定了EEDs類物質生物效應的復雜性，如果能從代謝角度檢測并分析某種化學物質體內中間產物種類、作用靶點、信號網絡等，對于毒性機制探討意義重大。Ortiz-Villanueva等［41］采用非靶向液相色譜-高分辨質譜 （LC-HRMS）代謝組學方法，研究BPA、PFOS和三丁基錫 （TBT）亞致死劑量對斑馬魚胚胎受精后48～120 h代謝譜的影響，檢測到約50種TBT和BPA代謝物和25種PFOS代謝物的濃度變化；對相應代謝變化的分析表明，斑馬魚對BPA、TBT和PFOS有類似的潛在反應，影響甘油磷脂、氨基酸、嘌呤和2-氧羰基水楊酸的代謝。雙酚S（BPS）作為BPA的替代品，也被廣泛應用于工業生產和日常生活，其風險是否低于BPA？Huang等［42］采用基于質譜的代謝組學和定量蛋白質組學方法，研究了BPS對正常人乳腺上皮細胞MCF-10A的影響，發現共有200個蛋白發生顯著改變，35種內源性代謝產物發生了顯著變化；代謝產物和蛋白質的關聯分析表明，三羧酸循環、嘌呤代謝、丙酮酸代謝和脂質代謝途徑發生了變化，這些變化與維持細胞增殖和細胞信號轉導相關，此項研究拓寬了我們對BPS作為BPA替代品的風險的認識。

3.3 分子對接技術 分子對接技術主要是通過受體的特征以及受體和藥物分子之間的相互作用方式來進行藥物設計的方法。由于計算機技術的發展，分子對接技術得到長足進步，該技術也由單純的藥物設計，逐步應用到小分子與大分子相互作用模式、生物大分子間識別、分子自組裝、超分子結構等方面。根據EEDs類物質的結構和生物活性特點，其健康效應也可以用分子對接技術進行評價和預測。如利用分子對接和分子動力學模擬技術，研究BPA拮抗AR分子機制，結果表明，BPA能夠與AR配體結合區進行有效結合，引起受體降解、抑制AR與其共伴侶熱休克蛋白HSP90的解離，從而阻斷二氫睪酮 （DHT）誘導的AR核移位［43］。有人注意到地表水系中碘造影劑（ICM） 含量較高 （約為3μg／L）， 而且在魚腦和性腺中也能檢測到。那么ICM是否會對生物體造成影響呢？通過對泛影酸、碘己醇、碘酰胺醇和碘普羅胺與核受體AR、ER等進行分子對接，發現與天然激素、甲狀腺素和三碘甲狀腺原氨酸相比，碘海醇與甲狀腺素結合閾的結合更強，表明碘海醇可能是潛在的EEDs［44］。代謝組學技術與分子對接技術的結合，對內分泌干擾物的健康效應進行預測，具有廣闊的應用前景。

4 展望

EEDs作為一類特殊化學污染物，其對健康的影響深遠而廣泛。隨著環境介質中化學污染物種類的增多，潛在的EEDs類物質也會逐漸增多，暴露于這類物質的健康效應更不容忽視。非傳染性慢性疾病如糖尿病、甲狀腺疾病、乳腺癌等高發，與這類化學物的相關性仍是未解之謎，因此，如何高效、特異地識別環境介質中此類物質，則顯得尤為重要。生物信息技術、計算機分析技術、高通量檢測技術等在毒理學中的應用，促進了風險評價技術的發展，快速、經濟、可靠的檢測方法將給EEDs類物質篩查帶來新的契機與方向。