计算毒理学对吡丙氧芬及其转化产物的研究：水生生物毒性和内分泌干扰的一个被忽视的驱动因素

《Journal of Environmental Management》：Computational toxicology Insights into pyriproxyfen and its transformation products: An overlooked driver of aquatic toxicity and endocrine disruption

PPF及其生物降解产物对水生生态系统的潜在风险和雌激素活性被系统评估，计算毒理学模型预测66种TPs中22.6%具有显著急性或慢性毒性，31.8%的TPs与雌激素受体结合能低于?5 kcal/mol，近90%TPs具有高环境移动性，提示实际生态风险可能被低估。

　　

李敏|陈朗|高晗|季乐远|陈峰|张岚|毛亮刚|朱丽珍|刘兴刚|吴驰

中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室，北京，100193，中国

摘要

吡虫啉（PPF）是一种广泛使用的昆虫生长调节剂，已在水生环境中被检测到。然而，其转化产物（TPs）的水生效应仍不清楚。在本研究中，我们使用计算毒理学框架评估了PPF及其好氧TPs的水生风险。生物降解模拟预测了66种好氧TPs。毒性筛选显示，超过20%的TPs对鱼类、水蚤和藻类等水生物种具有显著的急性或慢性毒性。基于物种敏感性分布（SSD）和最大可接受环境值（MAEV）的风险分类表明，PPF的生态风险可能被低估了。在这些TPs中，15种（25.8%）被归类为高风险，10种（15.1%）为中等风险，18种（27.3%）为低风险，这意味着超过一半的TPs可能对生态系统构成潜在威胁。分子对接显示，31.8%的TPs与11种水生物种的雌激素受体（ER）的结合能低于-5 kcal/mol，表明它们具有潜在的雌激素活性。此外，PPF-M21、M56和M61–M64不仅毒性较高，而且与ER的结合能力较强。此外，持久性、迁移性和毒性（PMT）的分析表明，近90%的TPs具有高度迁移性，增加了它们在环境中的暴露可能性。总体而言，这些发现强调了PPF及其转化产物作为被忽视但重要的水生内分泌干扰和生态风险来源的问题。因此，建议未来的监管和管理策略应纳入针对TPs的监测和风险评估，以更好地保护水生生态系统。

引言

吡虫啉（PPF）是一种类 juvenile hormone 的化合物，由于其高效性和低哺乳动物毒性而在农业和病媒控制项目中得到广泛应用（Sullivan 和 Goh, 2008; Moura 和 Souza-Santos, 2020）。然而，越来越多的证据表明，PPF残留物可以通过喷雾漂移、地表径流和排水进入水生系统，在那里生物和非生物过程会产生多种转化产物（TPs）（Oh 等, 2021; Monticelli Barizon 等, 2022）。PPF在全球水生环境中的检测浓度范围从中国广州城市河流中的0.00029 μg/L（Qiu 等, 2024）到西班牙Júcar河中的0.08966 μg/L（Belenguer 等, 2014），甚至存在于鱼类和污泥样本中（Belenguer 等, 2014; Masiá 等, 2015）。尽管已知PPF会对非目标水生无脊椎动物和鱼类产生不利影响（Jambulingam 等, 2008; Caixeta 等, 2016; Maharajan 等, 2020a），但其TPs的环境行为和生态毒性仍很大程度上未知。因此，本研究旨在系统地识别PPF的转化产物并评估它们在水生环境中的潜在生态风险。

除了对水生生物具有直接毒性作用外，PPF还因其作为潜在的内分泌干扰化合物（EDC）而受到越来越多的关注（Jasrotia 等, 2021）。研究表明，暴露于1、10和100 μg/L PPF的成年Danio rerio在连续21天内表现出性激素水平以及下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴相关基因转录的显著变化（Maharajan 等, 2020a）。同样，Daphnia magna在不同发育阶段（3天大的幼体以及7天、14天和21天大的成体）暴露于0.075 μg/L PPF后，其繁殖能力下降，幼体成熟延迟，成体繁殖力降低，雄性后代比例增加（Ginjupalli 和 Baldwin, 2013）。这些发现表明，PPF可能干扰内分泌信号通路，从而影响水生物种的正常生长、发育和繁殖。

值得注意的是，PPF的雌激素活性可能在其内分泌干扰效应中起重要作用。环境中的雌激素可以通过模拟或拮抗内源性激素来干扰内分泌功能，显著影响水生种群和生态系统稳定性（Ma 等, 2022），相关研究已证实PPF具有这种潜力。例如，Maharajan 等（2020）报告了Danio rerio在暴露后雌二醇和睾酮水平的显著变化，而Manabe 等（2006）证明PPF可以诱导雌激素响应的MtT/Se细胞系的增殖，表明其具有明显的雌激素效应（Manabe 等, 2006）。总体而言，PPF可能通过其雌激素活性干扰水生生物的生殖内分泌系统。然而，其TPs是否也具有这种活性并构成生态风险仍有待进一步研究。

传统上，PPF及其TPs的生态风险评估主要依赖于实验方法，虽然这些方法可靠，但耗时、成本高，并且与3R原则（Poh 和 Stanslas, 2024）不完全契合。相比之下，计算毒理学提供了一种更高效、快速且符合伦理的评估方法（Lo Piparo 等, 2006; Brydon 等, 2025）。计算机辅助建模和分子对接技术的最新进展使得预测农药-受体相互作用及其对水生生物的潜在生态影响成为可能（Shen 等, 2023）。基于这些进展，本研究整合了计算毒理学方法，全面评估PPF及其TPs的生态风险。具体来说，我们的研究目标包括：（1）评估它们对代表性水生物种的毒性效应；（2）预测它们的环境持久性、迁移性和与ER的结合潜力；（3）通过物种敏感性分布（SSD）和浓度阈值来表征生态风险。这些发现旨在增进对PPF及其TPs在水生环境中行为的理解，并为它们的环境管理提供科学依据。

部分摘录

PPF的结果

PPF对水生生物的毒性数据来自ECOTOX数据库和相关文献（Moura 和 Souza-Santos, 2020）。筛选标准如下：仅保留与中位致死浓度（LC₅₀）或中位效应浓度（EC₅₀）相对应的终点；效应仅限于死亡或不动；仅包括暴露时间为1天、2天或4天的研究。之后，我们确定了13个具有代表性的毒性值

PPF对水生生物的毒性

13种水生生物的急性毒性数据来自ECOTOX数据库和相关文献综述。在测试物种中，甲壳类动物对PPF的敏感性最高（表1）。Daphnia magna和Artemia salina的2天LC₅₀/EC₅₀值分别为0.096 μg/L和2.5 μg/L（Trayler 和 Davis, 1996; Antczak 等, 2013; Legrand 等, 2017）。此外，PPF对软体动物（Crassostrea virginica）也表现出显著的急性毒性（4天EC₅₀

结论

本研究评估了PPF及其转化产物的水生毒性、ER结合能力、迁移性和环境风险。结果表明，PPF及其某些转化产物对水生生态系统构成潜在威胁，实际环境中的PPF风险可能被低估。某些转化产物，如PPF-M21、PPF-M56和PPF-M62，不仅具有高毒性，还具有强迁移性和潜在的雌激素活性。该研究扩展了农药风险评估的范围，并提供了更清晰的认识

CRediT作者贡献声明

李敏：撰写 – 原稿撰写，可视化，方法学，调查，数据管理。陈朗：可视化，正式分析，数据管理。高晗：可视化，软件应用。季乐远：正式分析，数据管理。陈峰：正式分析，数据管理。张岚：可视化，项目管理。毛亮刚：项目管理，正式分析，数据管理。朱丽珍：可视化，项目管理。刘兴刚：撰写 – 审稿与编辑，监督

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢与资助

本研究得到了国家自然科学基金（NSFC, 32202367）、国家重点研发计划（2024YFD1701101）以及中国农业科学院基础研究创新计划资助的“绿色纳米农药：减排机制、协同增效和源头控制污染”项目的支持（项目编号：CAAS-BRC-GLCA-2025-01）。