综述：外源化合物的毒理学影响与生物转化：对抗毒性的新型生物学发现

《Ecological and Evolutionary Physiology》：Toxicological impact and biotransformation of xenobiotics: Novel biological discoveries to combat toxicity

本综述系统阐述外源化合物（Xenobiotics）的毒性机制与生物转化途径，重点探讨通过天然生物源（如微生物、植物多酚）对抗氧化应激损伤的创新策略。文章涵盖重金属、多环芳烃（PAHs）等污染物的生物富集效应、抗氧化酶（SOD/CAT/GPx等）防御体系失衡机制，以及生物修复（Bioremediation）技术在土壤、水体治理中的应用前景，为毒性防治提供多维度生物学见解。

　　

外源化合物的毒理学影响与生物转化：对抗毒性的新型生物学发现

引言

外源化合物（Xenobiotics）指生物体正常代谢途径外的外来化学物质（如重金属、农药、工业污染物），其通过采矿、工业排放等人类活动进入生态环境，并在水体、土壤和空气中持续积累。这类物质因难降解性和生物蓄积性，对水生生物和人类健康构成严重威胁，尤其可能干扰细胞信号通路，诱发氧化应激、器官毒性等连锁反应。

外源化合物的分类与毒性机制

外源化合物分为无机物（如砷、镉、汞、铅等重金属）和有机物（多环芳烃PAHs、多氯联苯PCBs、有机磷农药等），其中有机物占人类化学性中毒的80%-90%。其毒性核心机制是破坏细胞内抗氧化防御系统，尤其是与谷胱甘肽（GSH）或抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、谷胱甘肽过氧化物酶GPx）的巯基结合，导致活性氧（ROS）过量产生。当ROS超出细胞清除阈值时，会引发脂质过氧化、蛋白质变性和DNA损伤，进而导致神经毒性、肝肾毒性、心血管疾病及发育异常等病理变化。

生物转化与解毒途径

外源化合物的代谢依赖三阶段生物转化：第一阶段由细胞色素P450（CYP）酶家族主导，通过氧化、还原反应增加物质极性；第二阶段通过葡萄糖醛酸化、硫酸化等结合反应进一步水溶化；第三阶段依靠转运蛋白将代谢产物排出体外。若代谢途径失衡或暴露持续，毒物可能在体内蓄积，加剧氧化损伤。

新型毒性对抗策略

1. 1.
   天然抗氧化剂干预：研究显示，韩国匍匐大戟多酚提取物（PPEES）可通过调节内质网（ER）应激通路缓解锰诱导的神经毒性；姜黄素能显著抑制砷暴露引起的脑部氧化应激和多巴胺能神经元损伤。
2. 2.
   生物修复技术：利用细菌、真菌或藻类降解污染物（如PAHs、PCBs），其中固定化细胞（IC）技术对低分子量PAHs的降解效率较高。微生物通过分泌酶类（如加氧酶、水解酶）将毒物转化为无害产物，适用于污染土壤和水体的生态修复。
3. 3.
   生物监测与风险评估：需重点关注污染物在沉积物、水体及食物链（如鱼类重金属富集）中的迁移规律，结合温度、pH、溶解氧等环境变量预测其生物可利用性。

抗氧化防御系统的保护作用

酶抗氧化剂（SOD、CAT、GPx、GSPr）构成核心防御网络，能清除超氧阴离子、过氧化氢（H₂O₂）等ROS，防止细胞膜脂质过氧化和蛋白质功能丧失。这些酶活性变化可作为水生生物氧化应激的生物标志物，用于毒性早期预警。

结论

综合运用微生物修复、植物提取物抗氧化干预及环境监测体系，可有效降低外源化合物的致癌性、致突变性风险。未来研究需深化对污染物生物转化通路的多组学解析，推动生物源疗法在毒性防控中的实际应用。