基于特征片段依赖性耦合与氯特异性筛选方法，在新烟碱类化合物中发现了一条非传统的代谢途径

《Journal of Hazardous Materials》：Discovery of an Unconventional Metabolic Pathway within Neonicotinoids based on a Characteristic Fragment-Dependent Coupled with Cl-Specific Screening Approach

基于原代小鼠肝细胞代谢研究，首次发现拟除虫菊酯类农药通过氧化耦合形成高分子量新代谢物，并评估其生物累积性和毒性。

　　这项研究聚焦于新烟碱类杀虫剂（NNIs）在生物介质中的代谢过程，揭示了其在环境和生物系统中可能的转化路径，以及由此带来的生态和健康风险。新烟碱类杀虫剂是一类具有神经活性的化合物，因其高效性和选择性而被广泛应用于农业生产、城市绿化和家庭环境中。然而，由于其广泛使用以及良好的水溶性，这些杀虫剂容易在植物组织中积累，并可能在土壤、地表水和室内灰尘中长期残留，从而影响野生动物和人类的暴露水平。当前，关于NNIs的代谢研究多集中于已知的氧化、还原和脱烷基反应，但缺乏对未知代谢路径的系统探索。研究团队通过创新的非靶向筛查策略，结合特征碎片依赖和氯（Cl）特异性筛选方法，首次发现了NNIs在生物体内可能经历的另一种代谢机制——氧化偶联反应，形成分子量高于母体化合物的代谢产物。这一发现不仅拓宽了对NNIs代谢路径的认知，也为评估其生态和健康风险提供了新的视角。

新烟碱类杀虫剂因其化学结构中包含氮原子和碳链，因此在生物体内可能受到多种酶的作用，尤其是细胞色素P450（CYP450）等Phase I酶，这些酶能够催化母体化合物的氧化反应，从而形成新的代谢产物。然而，传统的代谢研究多依赖于已知的转化路径和标准代谢物，未能充分揭示一些可能的偶联代谢产物。近年来，随着高分辨率质谱技术（HRMS）的发展，非靶向筛查方法在环境化合物代谢研究中得到了广泛应用。这种方法能够识别出未知的代谢产物，而不仅仅是那些已被报道或具有商业标准的化合物。同时，由于卤素原子（如氯、溴）在自然环境中具有独特的丰度比例，一些研究团队开发了基于Cl/Br特异性的搜索算法，以更高效地识别未知的卤代有机化合物。这些技术的结合，为全面理解NNIs的代谢过程提供了可能。

在本研究中，团队采用了一种综合性的非靶向筛查策略，包括可疑筛查、特征碎片依赖筛查和Cl特异性筛查，以系统地识别NNIs在生物体内可能产生的代谢产物。通过使用高分辨率质谱技术，研究团队不仅确认了已知的代谢产物，还发现了几种新的氧化偶联代谢产物，这些代谢产物的分子量高于母体化合物。这些发现表明，NNIs在生物体内的代谢可能比以往认为的更为复杂，其代谢产物可能具有更强的生物活性和毒性。因此，有必要对这些代谢产物进行更深入的研究，以评估其在生态系统和人类健康中的潜在影响。

此外，研究团队还对这些代谢产物的生物活性进行了评估，包括其在水中的溶解度、对水生生物的毒性以及对多种生物毒性的可能性。通过计算机预测软件（如EPIWEB 4.1、ECOSAR v2.2和ADMETlab 3.0），团队能够估算这些代谢产物的生物富集性和毒性。结果表明，某些分子量较高的代谢产物可能比母体化合物更容易在生物体内积累，并且具有更高的毒性。这一发现对于理解NNIs在环境中的行为和其对生态系统的潜在影响具有重要意义。

为了验证这些代谢产物的形成机制，研究团队通过体外实验，使用小鼠原代肝细胞（PMH）对九种常见的NNIs进行了代谢研究。实验结果表明，不同NNIs在不同浓度下的暴露对PMH细胞的存活率产生了不同的影响。其中，THIA显示出最高的半数致死浓度（LC50），表明其在生物体内的毒性较低。而其他NNIs则表现出不同程度的细胞毒性，其作用机制可能与氧化偶联反应有关。这些实验结果为理解NNIs在生物体内的代谢过程提供了重要的数据支持。

研究团队还进一步分析了这些代谢产物的结构和化学特性，发现它们可能与母体化合物的化学结构存在一定的相似性，但同时也表现出独特的特征。例如，某些代谢产物可能包含氯原子，而这些氯原子的存在使得它们能够通过Cl特异性筛查方法被识别出来。此外，这些代谢产物的形成可能受到多种酶的共同作用，而不仅仅是单一的代谢途径。因此，有必要对这些代谢产物进行更全面的分析，以确定其在生物体内的行为和潜在影响。

在评估这些代谢产物的生态和健康风险时，研究团队采用了一系列综合性的分析方法，包括对水生生物的LC50值的测定、对水溶性和生物富集性的估算，以及对多种生物毒性的可能性进行预测。这些分析结果表明，某些代谢产物可能比母体化合物具有更高的生物活性和毒性，因此需要特别关注其在环境中的分布和对生态系统的潜在影响。此外，研究团队还对这些代谢产物的暴露途径进行了探讨，认为它们可能通过食物链和环境介质进入生物体内，从而对生态系统和人类健康构成威胁。

研究团队在本研究中所采用的方法具有一定的创新性，尤其是在非靶向筛查策略的开发和应用方面。通过结合特征碎片依赖和Cl特异性筛查方法，团队能够更高效地识别出未知的代谢产物，从而弥补了传统代谢研究的不足。此外，研究团队还通过计算机预测软件对这些代谢产物的生物活性和毒性进行了评估，为理解其在生物体内的行为提供了重要的数据支持。这些方法的应用不仅提高了代谢产物识别的准确性，也为未来的生态和健康风险评估提供了新的工具。

在本研究中，团队还对不同NNIs的代谢特性进行了比较分析，发现它们在生物体内的代谢路径可能存在一定的差异。例如，某些NNIs可能更容易通过氧化偶联反应形成新的代谢产物，而另一些则可能主要通过脱烷基或还原反应进行代谢。这种差异可能与它们的化学结构和代谢酶的活性有关。因此，有必要对不同NNIs的代谢特性进行更深入的研究，以确定其在生物体内的行为和潜在影响。

此外，研究团队还对这些代谢产物的环境行为进行了探讨，认为它们可能在环境中具有较长的持久性，并且可能通过多种途径进入生物体内。这种持久性可能使得它们在生态系统中长期存在，从而对生物体和环境构成潜在威胁。因此，有必要对这些代谢产物的环境行为进行更全面的评估，以确定其在生态系统中的分布和影响。

综上所述，本研究通过创新的非靶向筛查策略和体外实验，揭示了NNIs在生物体内可能经历的另一种代谢机制——氧化偶联反应，形成了分子量高于母体化合物的代谢产物。这些代谢产物可能比母体化合物具有更高的生物活性和毒性，因此需要特别关注其在生态系统和人类健康中的潜在影响。研究团队所采用的方法不仅提高了代谢产物识别的准确性，也为未来的生态和健康风险评估提供了新的工具。这些发现为理解NNIs在环境中的行为和其对生态系统的潜在影响提供了重要的科学依据，也为相关领域的研究提供了新的思路和方向。