化学结构决定了烷基取代萘类化合物在斑马鱼体内的发育毒性

《Environment International》：Chemical structure drives developmental toxicity of alkyl-substituted naphthalenes in zebrafish

萘及24种烷基取代衍生物对斑马鱼胚胎的发育毒性及作用机制研究。采用旋转密封试管暴露法有效减少挥发性化合物挥发，结果显示烷基取代萘毒性差异显著，logKow和体负担浓度无法预测毒性，提示非麻醉机制。转录组学分析显示glucocorticoid信号通路中断相关基因表达，反向分子对接发现与NT5E、CYP1A2、FOLR1等蛋白可能结合。研究证实改进的暴露方法能更真实反映半挥发性化合物的生物活性，为后续机制研究奠定基础。

　　在环境与人类暴露研究中，多环芳烃（PAHs）是一类广泛存在的污染物，而萘及其烷基取代衍生物则是其中最常见的一类。这些化合物因其广泛的来源和高环境暴露浓度，成为关注的重点。然而，由于它们的半挥发性特性，对这些化合物进行发育毒性的研究存在一定的挑战。传统的96孔板方法在检测半挥发性化合物时常常受到挥发性影响，导致实际暴露浓度低于预期。因此，本研究开发了一种基于玻璃小瓶的高通量检测方法，以更准确地评估萘及其24种烷基取代衍生物的生物活性。

通过使用旋转密封玻璃小瓶，本研究显著减少了化学物质的挥发，确保了胚胎在发育阶段的稳定暴露。这种方法不仅提高了检测的准确性，还揭示了之前96孔板方法未能发现的高变异性发育毒性。研究结果显示，不同的化学结构导致不同的生物效应，表明这些化合物的毒性可能与结构相关。同时，研究还评估了这些化合物是否符合“麻醉”模式，即通过基础毒性作用于细胞膜，从而引起膜破坏。然而，logKow（辛醇-水分配系数）和体内负担（body burden）的预测结果并不理想，说明这些化合物的毒性机制可能并非通过麻醉效应。

为了进一步探讨这些化合物的毒性机制，研究团队进行了靶向转录组学分析和逆向分子对接实验。靶向转录组学分析显示，尽管化学结构相似，但不同化合物的基因表达变化并不一致，表明可能存在不同的作用机制。其中，FKBP5和KLF9等基因的表达变化与毒性效应密切相关，提示这些化合物可能通过干扰糖皮质激素信号通路发挥作用。此外，逆向分子对接实验发现了几种潜在的蛋白质靶点，如CYP1A2、NT5E和FOLR1，这些蛋白质可能介导了观察到的毒性效应。

研究还对部分化合物进行了体内负担测量，以评估它们在不同时间点的暴露浓度。结果显示，体内负担在24小时和48小时之间显著下降，表明这些化合物在体内被迅速代谢或排出。尽管体内负担与毒性效应之间没有明显相关性，但某些化合物如2,4,5-三甲基萘的体内负担较低，却表现出较高的毒性效应，这进一步支持了其毒性机制可能与麻醉效应无关。

靶向转录组学分析还发现了一些共同的基因表达变化，这些变化可能与糖皮质激素信号通路的干扰有关。例如，FKBP5作为糖皮质激素受体的共伴侣蛋白，其表达变化可能影响受体的功能，进而导致发育毒性。此外，KLF9和KLF11A等基因在胚胎发育过程中起关键作用，它们的表达变化可能与多种生理过程相关，包括细胞分化和信号传导。

分子对接实验的结果显示，NT5E和FOLR1等蛋白质可能是这些化合物的潜在靶点。NT5E在多种化合物中表现出高亲和力，而FOLR1则与叶酸的运输密切相关，其干扰可能导致细胞生长和发育的异常。这些发现为理解这些化合物的毒性机制提供了新的视角，并为后续的机制研究和风险评估奠定了基础。

本研究的结果表明，适当的暴露方法对于半挥发性化合物的毒性评估至关重要。传统的96孔板方法可能低估了这些化合物的毒性，而基于玻璃小瓶的方法则能够更准确地捕捉到其生物活性。此外，研究还揭示了烷基取代萘的结构依赖性毒性，即某些化合物的毒性可能与它们的结构特征有关，而不仅仅是它们的挥发性。这些发现不仅有助于更全面地理解PAHs的毒性机制，还为开发更有效的风险评估工具提供了依据。未来的研究应进一步验证这些化合物与NT5E等蛋白质的相互作用，并探索其在不同生物系统中的潜在影响。