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为探究二甲双胍（MET）及其代谢物胍基脲（GUA）多途径暴露毒性，研究人员以斜生四链藻（Tetradesmus obliquus）和萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）为对象，开展水、食物及联合暴露实验。发现 GUA 毒性更强，且食物 / 联合暴露对轮虫生命表参数（R0、rm、e0）影响大于水暴露，为环境风险评估提供新视角。
二甲双胍类药物环境毒性研究：多途径暴露揭示潜在生态风险
在全球糖尿病患病率攀升的背景下，二甲双胍（Metformin, MET）作为临床一线降糖药物，其环境归趋引发广泛关注。MET 虽经人体代谢后大部分以原型排入废水处理系统，但其不完全降解产物胍基脲（Guanylurea, GUA）可随地表径流进入水生环境。现有研究表明，MET 和 GUA 在河流中的浓度已分别达 5.8 μg/L 和 3.5 μg/L，且呈上升趋势。然而，过往研究多聚焦单一水暴露途径的毒性效应，忽略了食物链传递等复合暴露场景，可能导致对其生态风险的低估。
为填补这一研究空白，中国科研团队以淡水生态系统中的基础生产者斜生四链藻（Tetradesmus obliquus）和初级消费者萼花臂尾轮虫（Brachionus calyciflorus）为模型生物，系统评估 MET 和 GUA 通过水暴露（Waterborne）、食物暴露（Foodborne）及联合暴露（Waterborne + Foodborne）三种途径对生物体的毒性差异。该研究成果发表于国际期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》，为全面评估药物类污染物的环境风险提供了关键科学依据。
研究方法与技术路线
研究采用藻类生长抑制实验和轮虫生命表分析两大核心技术。首先，通过 96 小时藻类培养实验，测定不同浓度 MET（1、100 mg/L）和 GUA（1、100 mg/L）对斜生四链藻细胞密度的影响。随后，以暴露于污染物的藻类为食物源，结合含污染物的 EPA 培养基，构建轮虫的三种暴露模型。通过追踪轮虫种群的存活曲线、繁殖率等参数，计算净生殖率（R0）、内禀增长率（rm）、平均寿命（e0）等生命表参数，并运用 Cox 回归和层次划分分析（Hierarchical Partitioning）量化暴露途径与浓度对毒性效应的贡献度。
研究结果解析
藻类生长抑制效应
实验显示，MET 和 GUA 均能显著抑制斜生四链藻的生长，且 GUA 的抑制作用更强。在 100 mg/L 浓度下，GUA 处理组的藻细胞密度较 MET 组低 20% 以上（p<0.05）。这表明 GUA 作为 MET 的代谢产物，可能具有更强的生物毒性，其对初级生产者的抑制可能影响整个食物链的能量传递。
轮虫生命表参数的多途径暴露差异
- 存活与繁殖影响：食物暴露和联合暴露显著降低轮虫的存活率和繁殖峰值。与水暴露相比，联合暴露下轮虫的 R0和 rm分别下降 40%-60% 和 30%-50%，且 GUA 的毒性效应更为显著。
- 暴露途径的主导作用：层次划分分析表明，暴露途径对生命表参数的总效应贡献度达 55%-70%，显著高于浓度因素（20%-35%）。其中，食物暴露通过降低藻类食物质量和直接传递污染物双重机制，加剧了对轮虫的毒性。
种群动态与毒性机制
基于 Leslie 矩阵的种群增长率（λ）分析显示，GUA 处理组的 Δλ（与对照组的差值）比 MET 组高 30%，表明其种群衰退更显著。尽管存活参数对 λ 的敏感性更高，但繁殖参数的变化对 Δλ 的贡献度达 65%-75%，揭示繁殖抑制是种群下降的主要驱动因素。
研究结论与意义
本研究首次系统对比了 MET 和 GUA 在水 - 食物复合暴露体系中的毒性差异，证实了食物暴露途径在生态风险评估中的重要性。结果表明，传统仅关注水暴露的研究可能低估了此类污染物的实际风险，尤其是在食物链传递过程中，低营养级生物的累积效应可能对 higher trophic levels 产生级联影响。此外，GUA 的毒性强于母体化合物 MET 的发现，提示在药物环境风险评估中需同步关注其代谢产物的潜在危害。
该研究为完善药物类污染物的环境风险评价体系提供了新范式，呼吁在水质标准制定和生态毒理评估中纳入多途径暴露模型，以更全面地保障水生生态系统安全。未来研究可进一步拓展至其他药物代谢产物及复杂污染场景，深化对污染物跨介质传递机制的理解。
