新兴水体污染物咖啡因与DEET对人类细胞的细胞毒性及基因组损伤机制研究

针对饮用水源中持续检出的新兴污染物咖啡因和避蚊胺(DEET)缺乏安全阈值标准的问题，巴西研究团队采用HepG2细胞模型，结合MTT/Trypan Blue存活率检测和彗星实验(comet assay)，系统评估了环境相关浓度下两种物质的细胞毒性、基因毒性及协同效应。通过STITCH/STRING数据库构建化学蛋白质互作网络，发现炎症反应、信号通路和异生物质代谢相关蛋白是关键枢纽节点，为修订饮用水安全标准提供了重要实验依据。

　　

随着城市化进程加速， Pharmaceuticals and Personal Care Products (PPCPs)类新兴污染物在水体中的持续检出引发广泛关注。其中咖啡因(1,3,7-Trimethylxanthine)和避蚊胺(N,N-Diethyl-m-toluamide, DEET)作为典型代表，已在全球多地饮用水处理厂出水中被检出，浓度范围分别达2.48-24,619.8 ng/L和0.81->100 ng/L。传统水处理工艺如混凝-沉淀-过滤对这类物质去除效率有限，而现行法规又未制定明确限值，使得人类长期暴露于低剂量复合污染的风险亟待评估。

巴西研究团队针对这一科学问题，以人肝癌细胞系HepG2为模型，系统研究了环境相关浓度下咖啡因与DEET的生物学效应。研究采用MTT法和台盼蓝(Trypan Blue)染色评估细胞活力，彗星实验(comet assay)检测DNA损伤程度，并运用STITCH、STRING数据库构建化学蛋白质互作网络，通过Cytoscape插件的MCODE、CentiScaPe和BiNGO进行子网络分析。样本来源于巴西Esteio-RS地区两条汇入Rio dos Sinos河的溪流，该流域是当地重要饮用水源。

Results
细胞毒性实验显示：MTT法中3小时暴露后，咖啡因在三个最高浓度组（具体浓度未披露）显著降低细胞活力，而DEET在所有测试浓度均表现毒性；台盼蓝实验证实两者均呈剂量依赖性细胞损伤。基因毒性方面，彗星实验表明单独及联合暴露均诱发DNA损伤。互作网络分析识别出炎症反应、细胞信号转导和异生物质代谢(xenobiotic metabolism)相关蛋白为核心枢纽-瓶颈(hub-bottleneck)节点。

Discussion
研究发现尽管常规处理后的饮用水中咖啡因/DEET浓度多在ng/L级，但其仍能诱发人类细胞基因组不稳定。特别值得注意的是，咖啡因通过干扰炎症相关蛋白网络可能加剧DNA损伤，这与既往报道的咖啡因潜在致癌风险机制相吻合。DEET作为广泛使用的驱虫剂成分，其毒理学数据相对匮乏，本研究首次在人类细胞层面揭示其基因毒性效应。

Conclusions
该研究证实饮用水典型浓度咖啡因和DEET具有明确的细胞毒性和基因毒性，其分子机制涉及炎症通路激活和代谢紊乱。这些发现为修订水质标准提供了科学依据，并提示需要开发更高效的高级氧化工艺(AWTPs)以消除此类污染物。论文发表于环境科学领域权威期刊《Chemosphere》，对推动新兴污染物风险管理具有重要政策指导价值。