手性农药代谢物o,p’-DDD在斑马鱼中的对映选择性母体传递及其对甲状腺跨代干扰的机制研究

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Enantioselective maternal transfer of chiral pesticide metabolite o,p’-DDD in zebrafish ( Danio rerio): Implications for intergenerational thyroid disruption

本研究针对手性农药代谢物o,p’-DDD的跨代毒性机制不明问题，通过斑马鱼母体暴露模型，结合对映体分离、分子对接和HPT轴基因表达分析，发现S-DDD具有更高生物累积性和甲状腺干扰活性，揭示了手性污染物风险评估中立体化学的重要性。

　　

在当今农药广泛使用的背景下，其残留物对水生生态系统构成了严重威胁。尤其值得关注的是，许多农药及其代谢产物具有手性特征，这意味着它们就像人的左右手一样，虽然分子式相同，但空间结构呈镜像对称。这些对映体在环境中的行为和在生物体内的毒性往往存在显著差异。然而，当前对农药代谢物的风险评估大多忽略了这种立体化学特性，导致对它们生态风险的估计可能存在偏差。

o,p’-二氯二苯基二氯乙烷（o,p’-DDD）作为DDT在厌氧条件下的主要转化产物，在各类水环境中被频繁检出。更复杂的是，o,p’-DDD本身也是一种手性化合物，存在R和S两种对映体。已有研究表明，不同生物体对o,p’-DDD对映体的富集和代谢存在选择性，但这种选择性在跨代传递过程中的表现及其对后代发育的影响尚不清楚。

为了解决这一科学问题，浙江树人大学生物与环境工程学院的牛丽丽教授团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》上发表了最新研究成果。他们以斑马鱼为模型，深入探究了手性代谢物o,p’-DDD的对映选择性母体传递规律及其对甲状腺内分泌系统的跨代干扰机制。

研究人员主要采用了高效液相色谱手性分离技术、斑马鱼母体暴露实验、实时荧光定量PCR、分子对接和分子动力学模拟等方法。他们从环境相关浓度（5和50 ng/g）的rac-DDD中分离出高纯度的S-DDD和R-DDD对映体，通过28天的膳食暴露，系统评估了这些化合物在亲代（F0）和子代（F1）中的累积、分布及毒性效应。

3.1. 对映体分离和定量

研究人员成功实现了o,p’-DDD对映体的基线分离，获得的S-DDD和R-DDD对映体纯度分别达到96.3%和97.2%，为后续的对映体特异性毒性研究提供了可靠的标准品。

3.2. 跨代生物累积

研究发现在F0组织中，S-DDD的累积量显著高于R-DDD，在5 ng/g暴露组中，S-DDD的浓度比R-DDD高134-176%。更令人惊讶的是，在F1子代中，S-DDD的富集程度更高，比R-DDD高出103-118%。母体传递因子分析表明，S-DDD表现出更强的浓度依赖性母体传递特性。

3.3. 发育毒性

虽然28天的暴露对F0成鱼的生长指标没有产生显著影响，但对F1子代却造成了严重的发育异常。S-DDD暴露组的F1子代表现出更高的死亡率、孵化抑制和畸形率。在50 ng/g的S-DDD暴露组中，畸形率高达73.3%，显著高于rac-DDD组的51.7%。

3.4. TH水平

甲状腺激素水平检测发现，在F1子代中，rac-DDD暴露导致T3水平下降而T4水平上升，T3/T4比值降低。特别值得注意的是，S-DDD和R-DDD处理组的T3/T4比值显著高于rac-DDD组，表明对映体对甲状腺激素平衡的干扰存在特异性。

3.5. HPT轴相关基因表达

研究人员检测了12个HPT轴相关基因的表达变化，包括CRH、TSHβ、TRα、TRβ、Deio1、Deio2、TTR、UGT1ab、NIS、TG、Nkx2.1和Pax8。结果表明，o,p’-DDD化合物暴露诱导了F0和F1代中这些基因的对映体特异性调控。聚类分析和主成分分析进一步证实了不同对映体引发的转录特征存在明显差异。

3.6. 分子对接和分子动力学模拟

分子对接结果显示，S-DDD与TRβ、Deio1和TTR等甲状腺相关蛋白的结合自由能显著低于R-DDD，表明S-DDD与这些蛋白具有更强的亲和力。分子动力学模拟进一步证实了S-DDD与靶蛋白复合物具有更好的结构稳定性。

这项研究的讨论部分深入分析了上述发现的意义。研究表明，S-DDD在斑马鱼中表现出比R-DDD更强的生物累积性和甲状腺干扰活性，这与之前在哺乳动物细胞中的研究结果形成了鲜明对比。分子机制研究表明，S-DDD与多个甲状腺相关蛋白（包括CRH、TRβ、Deio2、NIS、Nkx2.1和Pax8）的更强结合能力是其产生更强甲状腺干扰作用的结构基础。

特别值得注意的是，研究发现F0代低浓度（5 ng/g）与F1代高浓度（50 ng/g）组在HPT轴基因调控模式上表现出相似性，这一发现得到了生物累积特征、发育毒性指标和甲状腺功能参数的支持。这表明低剂量母体暴露可能对后代产生与高剂量直接暴露相当的内分泌干扰效应，这对手性污染物的风险评估具有重要启示。

该研究超越了当前甲状腺干扰研究主要关注TRα/TRβ的范式，通过整合从分子到生理水平的多层次证据，为手性污染物的对映体特异性风险评估提供了直接的理论支持。研究人员提出，未来的分子相互作用研究应当扩展到经典TRs之外的其他HPT轴蛋白，这为了解手性污染物在分子水平上的对映体特异性相互作用提供了新的机制视角。

综上所述，这项研究不仅阐明了手性农药代谢物o,p’-DDD的对映选择性母体传递规律和甲状腺跨代干扰机制，而且为制定基于对映体差异的环境标准提供了科学依据，对推进手性污染物的精准风险评估和管理具有重要意义。