使用体外试验评估一种包含50种成分、与人类健康相关复杂化学混合物的内分泌干扰作用及氧化应激潜力

内分泌干扰与氧化应激：复杂化学混合物体外研究 摘要：评估了含50种化合物的人类相关复杂混合物的体外内分泌干扰与氧化应激潜力。通过子群混合物测试，发现PCB和酚类混合物是毒性驱动因素，总混合物在0.1-15倍人类血液浓度下激活 AhR 和 ERα 通路，拮抗 AR 通路，且在100倍浓度下促进脂肪细胞分化。混合物效应符合浓度相加模型，提示混合物暴露对内分泌系统的影响需纳入监管考量。

　　
近年来，全球化学工业的快速发展导致人类接触环境污染物的复杂性显著增加。多项研究表明，混合污染物的健康风险可能远超单一污染物的叠加效应。针对这一挑战，本研究聚焦于评估一种由50种环境污染物组成的复杂混合物的潜在内分泌干扰和氧化应激风险，并尝试通过组分分析揭示其毒性机制。该研究采用多维度体外检测技术，包括化学激活荧光素酶基因表达（CALUX）系列生物传感器和脂肪细胞分化实验，结合浓度相加模型（CA）分析，为混合污染物的风险评估提供了新思路。

### 研究背景与意义
环境污染物具有持久性和生物累积性特征，长期暴露与肥胖、生殖障碍、神经毒性等健康问题密切相关。世界卫生组织数据显示，2024年全球肥胖人口已达三分之一，而代谢综合征与内分泌紊乱的关联性日益显著。传统风险评估方法多基于单一化合物，但实际环境中污染物以混合形式存在，单一化合物的毒性可能被其他成分掩盖或增强，导致风险评估偏差。

研究团队基于瑞典人群暴露数据库（SEDB），筛选出50种广泛存在于人体血液中的污染物，构建了具有人体血浓度代表性的混合体系。该混合体系涵盖六类典型污染物：多氯联苯（PCB）及二噁英（TCDD）、溴化阻燃剂（BFR）、全氟和多氟烷基物质（PFAS）、农药、合成酚类抗氧化剂（SPAs）及邻苯二甲酸酯类（phthalates）。这种多组分、多途径的评估体系更贴近真实暴露场景。

### 关键实验设计与创新方法
研究采用四大CALUX生物传感器系统构建多维度检测网络：
1. **雌激素受体α（ERα）激活系统**：模拟雌激素受体介导的基因表达变化，检测混合物的雌激素样活性。
2. **抗雄激素受体（anti-AR）系统**：评估化合物对雄激素受体的拮抗作用，反映可能的内分泌干扰机制。
3. **AhR（芳香烃受体）激活系统**：检测多氯联苯类等化合物对芳烃受体通路的激活能力。
4. **Nrf2（核因子 erythroid 2-related factor 2）系统**：监测氧化应激相关通路激活状态。

创新性地引入“亚组分混合物”分析策略：将总混合物拆分为PCB、BFR、农药等六大亚组分，分别测试其活性贡献。通过浓度相加模型（CA）预测总混合物的生物活性，并与实测数据进行对比验证，有效解决了混合物毒性评估中的不确定性。

### 主要发现与机制解析
#### 1. 混合物多途径内分泌干扰效应
总混合物在0.1-15倍人体血浓度（xHBC）范围内表现出显著活性：
- **ERα激活**：10 xHBC时即引发15%的雌激素样响应，主要驱动因素为邻苯二甲酸酯类（如DBP、DEHP）和合成酚类抗氧化剂（SPAs）。
- **AR拮抗作用**：15 xHBC时抑制雄激素受体活性达20%，主要贡献来自PCB混合物及农药组分。
- **AhR激活**：0.1 xHBC即触发显著响应，表明PCB和TCDD是主要毒性驱动因子。

#### 2. 混合物毒性符合浓度相加模型
通过CA模型验证发现：
- 总混合物在ERα、AR拮抗及AhR激活途径中均符合浓度相加规律，说明各活性成分独立贡献。
- 亚组分混合物（如PCB+TCDD、农药+SPAs）与总混合物活性趋势一致，证实混合毒性可分解为各亚组分效应之和。
- PFAS组分在测试浓度范围内未表现出显著活性，其影响可能被其他亚组分掩盖。

#### 3. 代谢干扰与肥胖关联
脂肪细胞分化实验显示，100 xHBC时总混合物显著促进脂肪细胞分化（较对照组增加约30%）。机制分析表明：
- 邻苯二甲酸酯类通过激活PPARγ通路促进脂肪生成。
- PCBs和农药可能通过干扰激素信号通路间接影响代谢过程。
- BPA在混合物中的浓度（1.5 μM）虽低于单独测试的激活阈值（9.3 μM），但与其他污染物协同作用可能增强毒性。

#### 4. 混合物毒性驱动因素
- **PCB混合物**：在AhR激活系统中表现最强，其多氯取代结构具有典型dioxin-like毒性特征。
- **酚类混合物**：SPAs（如BHT、AO246）与BPA协同产生雌激素样效应，可能通过干扰内源性抗氧化系统发挥作用。
- **农药混合物**：虽单独活性较弱，但在高浓度（1000 xHBC）时仍能通过亚细胞毒性途径产生显著效应。

### 研究局限与未来方向
当前研究的局限性包括：
1. **细胞模型局限性**：使用H4IIE肝细胞和U2OS骨肉瘤细胞系，可能无法完全反映人类体细胞代谢差异。
2. **浓度范围限制**：测试最高浓度达10000 xHBC，远超一般人群暴露水平，但极端暴露场景（如工业污染区）的数据仍需补充。
3. **未涵盖新型污染物**：新型PFAS、微塑料等尚未纳入检测体系。

未来研究建议：
- 开发基于器官芯片或类器官的更复杂模型，模拟不同生理状态下的毒性响应。
- 增加长期暴露实验，观察混合污染物的慢性毒性效应。
- 结合代谢组学分析，揭示混合物通过多机制协同作用的具体路径。

### 对环境监管的启示
研究证实，复杂混合物在人体暴露水平下即可产生显著毒性，这对传统监管框架提出挑战：
1. **风险评估范式转变**：需从单一化合物评价转向多组分协同效应分析。
2. **监管指标优化**：建议将混合毒性效应纳入安全阈值制定，特别关注PCB、PFAS等持久性污染物。
3. **暴露路径研究**：需加强环境介质（空气、水、土壤）中多污染物协同暴露的监测。

### 结论
该研究首次系统揭示了50种污染物混合物的多靶点内分泌干扰机制，证实了浓度相加模型的适用性。PCB类化合物和酚类抗氧化剂对AhR和雌激素受体系统的激活作用，以及邻苯二甲酸酯类对代谢通路的干扰，共同构成了混合污染物的毒性基础。研究结果为《斯德哥尔摩公约》等国际环境条约的修订提供了科学依据，强调在污染物管控中必须考虑混合暴露的现实复杂性。