1,3-二苯胍及其氯化衍生物对斑马鱼胚胎发育毒性的评估

《Environmental Technology & Innovation》：Assessment of Developmental Toxicity of 1,3-Diphenylguanidine and its Chlorinated Derivative in Zebrafish Embryos

本研究检测到孕妇血清中存在1,3-二苯基胍啉（BCPG），其平均浓度为0.054 ng/mL。通过斑马鱼胚胎模型发现，DPG和BCPG均导致胚胎存活率降低、心包积液、畸形率升高，并抑制运动能力。基因表达分析显示，心脏和神经发育相关基因如nkx2.5、gata4等显著改变。该研究强调了DPG及其氯代衍生物在早期发育阶段的毒性，并呼吁对孕妇和儿童的健康影响进行更深入调查。

　　在现代社会中，随着工业和交通的发展，橡胶制品广泛应用于日常生活和工业生产中，其核心成分之一——1,3-二苯基胍（DPG）作为一种常见的硫化促进剂，不仅在橡胶制造过程中发挥重要作用，还可能通过多种途径进入环境和人体。近年来，研究者们逐渐关注到DPG及其氯化衍生物——1,3-双（4-氯苯基）胍（BCPG）对生态环境和人类健康的影响，尤其是在妊娠期间和儿童发育阶段的潜在风险。本研究通过对母体血清中BCPG的检测，以及对胚胎发育过程中DPG和BCPG的毒性效应进行系统评估，揭示了这些化合物在生物体内的潜在危害，并进一步探讨了其可能的机制。

### DPG与BCPG的环境暴露及健康风险

DPG作为一种橡胶工业中的重要添加剂，其广泛使用导致了其在环境中的大量存在。研究表明，DPG不仅在水体中被广泛检测到，而且在饮用水样本中也普遍存在，其在不同地区的浓度差异表明了其在自然环境中的分布特征。例如，在欧洲、加拿大、美国、日本等国家的饮用水样本中，DPG的检出率高达70%，且在某些情况下，其浓度可以达到4.3 ng/mL。这种普遍的环境暴露可能对人类健康构成潜在威胁，尤其是对孕妇和儿童等易感人群。此外，DPG在母体血清中的检出率也表明其可能通过食物链或空气传播途径进入人体，进一步影响健康。

然而，DPG的氯化衍生物BCPG则因其在氯化消毒过程中可能产生的毒性效应而受到更多关注。氯化是饮用水消毒的常用方法，虽然能够有效杀灭细菌和病毒，但也可能导致DPG转化为更具毒性的BCPG。已有研究指出，氯化水相比未氯化的水，其表现出更高的基因毒性，而BCPG作为DPG的氯化产物，其毒性显著高于原始化合物。这种现象在实验室研究中得到了验证，例如，定量结构-效应关系模型预测BCPG的生态毒性远高于DPG，而体外实验也表明BCPG的基因毒性比DPG更强。这些发现强调了氯化过程中可能产生的副产物对环境和健康的影响，尤其是其在低浓度下仍可能对生物体造成显著伤害。

尽管DPG在人体中的暴露已经引起了关注，但其氯化衍生物BCPG的健康影响仍缺乏系统研究。研究发现，DPG在儿童尿液中的检出率高达70%，而在成人中则为20%。这一数据表明，儿童可能更容易受到DPG的暴露影响，而BCPG的检出率则相对较低，这可能与其在环境中的分布和转化机制有关。此外，BCPG在孕妇血清中的检出率也较高，达到91%，而在脐带血中的检出率为80%。这些数据提示，BCPG可能通过饮用水、食物或其他途径进入母体，并进一步影响胎儿发育。

### DPG和BCPG对胚胎发育的影响

为了更深入地了解DPG和BCPG对胚胎发育的影响，研究者们采用斑马鱼胚胎模型进行实验。斑马鱼作为一种模式生物，其胚胎发育过程与人类高度相似，且实验操作相对简便，因此成为研究环境污染物发育毒性的理想选择。实验结果显示，无论是DPG还是BCPG的暴露，都会导致斑马鱼胚胎的存活率下降、心包水肿以及畸形率升高。其中，BCPG的毒性效应更为显著，尤其是在较高浓度下，其对胚胎的损害更为明显。

具体而言，在96小时后，DPG暴露组的胚胎存活率下降，畸形率显著增加，而BCPG暴露组的胚胎则表现出更高的死亡率和更严重的畸形现象。例如，在10 μg/mL浓度下，BCPG暴露的胚胎几乎全部死亡，而DPG暴露的胚胎则在较高浓度下也出现了类似的效应。这些结果表明，BCPG在低浓度下就可能对胚胎发育产生显著影响，而DPG则需要更高的浓度才能表现出类似的毒性效应。此外，研究还发现，DPG和BCPG的暴露会导致胚胎的自主运动能力下降，这种现象在不同浓度下均表现出剂量依赖性。这提示这些化合物可能通过干扰神经系统的发育，影响胚胎的运动功能。

### 基因表达的变化与发育毒性机制

除了直接的形态学和行为学变化外，研究还发现DPG和BCPG的暴露会导致与心脏和神经系统发育相关的基因表达发生变化。例如，在心脏发育相关的基因中，nkx2.5和gata5的表达水平在BCPG暴露下显著增加，而在DPG暴露下则表现出不同的变化趋势。这些基因的异常表达可能与心脏发育障碍和神经系统的异常有关，进一步支持了DPG和BCPG对胚胎发育的潜在危害。

在神经系统相关的基因中，elavl3、shha、mbp和syn2a的表达水平均显著下降，而gap43的表达水平也受到影响。这些基因的异常表达可能与神经元的发育、突触形成以及髓鞘生成等过程有关，进一步揭示了DPG和BCPG对神经系统发育的潜在干扰。例如，elavl3是一种早期神经元标志物，其表达水平的降低可能影响神经元的形成和功能；mbp则与髓鞘的生成密切相关，其表达减少可能导致神经传导功能受损；而syn2a则在神经突触的形成中起关键作用，其表达水平的下降可能影响神经信号的传递效率。

此外，研究还发现BCPG对stc11基因的表达具有显著的抑制作用，而该基因与钙离子稳态密切相关。这提示BCPG可能通过干扰钙离子的调节机制，进一步影响心脏功能和神经信号传导。虽然DPG在某些基因表达上也表现出影响，但其效应不如BCPG明显，这表明两者在毒性机制上可能存在差异。

### 环境暴露浓度与生物体内剂量的关系

在实验设计中，研究者们特别关注了外部暴露浓度与生物体内剂量之间的关系。虽然DPG和BCPG在体外实验中表现出不同的毒性效应，但它们在生物体内的浓度可能并不完全一致。例如，在最低浓度（0.01 μg/mL）下，DPG和BCPG在斑马鱼组织中的浓度分别为0.1 ng/g和0.02 ng/g，而这些浓度与人体血清中的浓度（DPG为1.7 ng/mL，BCPG为0.054 ng/mL）相比仍然较低。这一发现表明，尽管外部暴露浓度可能较低，但BCPG的毒性效应可能在较低的内部剂量下就显现出来，因此需要更谨慎地评估其对环境和健康的影响。

研究还发现，BCPG的毒性效应可能与其在环境中的存在形式有关。例如，氯化消毒过程可能产生多种氯化产物，其中BCPG可能是最具代表性的之一。这些产物可能在环境中累积，进一步增加其对生态系统的潜在危害。因此，有必要对氯化过程中产生的所有副产物进行全面评估，以确定其对生物体的综合影响。

### 人类健康风险与研究意义

本研究的发现对于理解DPG和BCPG在人类健康中的潜在风险具有重要意义。尽管DPG在传统实验中被认为具有较低的毒性，但其氯化衍生物BCPG则表现出更强的毒性效应，尤其是在低浓度下。这提示，在实际环境中，BCPG可能成为更值得关注的污染物。特别是在孕妇和儿童等易感人群中，BCPG的暴露可能对发育过程产生更严重的干扰。

此外，研究还强调了当前水处理技术在去除这些化合物方面的局限性。由于DPG和BCPG在水体中具有较高的稳定性，传统的水处理方法可能无法有效去除这些化合物，导致其在饮用水中的残留。因此，未来需要开发更有效的水处理技术，以减少这些化合物在环境中的存在。

### 未来研究方向与建议

尽管本研究为理解DPG和BCPG的毒性效应提供了重要的数据，但仍存在一些局限性。例如，母体血清样本的规模较小，且研究仅在单一地区进行，这可能影响结果的普遍适用性。此外，研究中使用的斑马鱼胚胎暴露浓度高于人体实际暴露水平，因此需要进一步研究在环境相关浓度下的毒性效应。在机制层面，本研究主要探讨了基因表达的变化，但未来还需要结合蛋白质水平和代谢产物分析，以更全面地揭示这些化合物的毒性机制。

综上所述，本研究揭示了DPG及其氯化衍生物BCPG在环境和人体中的潜在危害，特别是在妊娠期间和儿童发育阶段。这些发现不仅为环境保护和公共卫生政策提供了科学依据，也为进一步研究这些化合物的毒性机制和防治措施指明了方向。未来的研究应更加关注氯化过程中产生的副产物，以及其在低浓度下的潜在影响，以确保公众健康和生态安全。