经呼吸道给药后家用杀虫剂氢甲基虫威的制剂依赖性肺部处置及继发性肝脏反应

《Journal of Hazardous Materials》：Formulation-dependent pulmonary disposition and secondary hepatic responses of the household insecticide hydramethylnon following respiratory tract delivery

　　

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  HM在肺部迅速清除，并主要重新分布至肝脏
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  制剂配方显著改变了HM的肺部滞留和全身分布特征
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  HM在气-液界面暴露条件下诱导了上皮细胞毒性
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  HM在肝细胞和巨噬细胞模型中引起了线粒体功能障碍
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  研究结果支持重新评估含HM产品的吸入危害

引言

甲拌磷酰胺肟类杀虫剂（Hydramethylnon，简称HM）是一种酰胺肟类杀虫剂，主要用于家庭害虫防治产品，尤其是蚂蚁和蟑螂毒饵。尽管HM通常被认为是一种低挥发性化合物，但在家庭使用过程中，包括处理、清理或受污染颗粒物的再悬浮等环节，仍可能发生呼吸暴露。然而，其吸入危害尚未得到充分表征[1], [2], [3]。这一关注点具有毒理学相关性，因为HM的杀虫活性与其在靶标昆虫中逐步破坏细胞能量代谢有关[1]，而能量稳态的破坏是哺乳动物系统中已知触发线粒体应激、氧化还原失衡和细胞死亡的诱因。此外，制剂中的分散剂和非离子表面活性剂等成分可能改变细胞内递送、滞留和毒性效力；值得注意的是，基于聚乙二醇（PEG）的体系已被证明可增强HM在哺乳动物细胞中的摄取和毒性[3]。这些考虑支持了在呼吸暴露相关条件下，进行以生物分布为导向的HM吸入危害评估的必要性。

在吸入毒理学中，评估呼吸道作为主要进入途径是必要但不够充分的，因为吸入的化学物质可能重新分布到肺部以外，并在次要器官中引发具有生物学意义的反应。这种呼吸后分布受理化性质、血浆蛋白结合、代谢稳定性、组织亲和力和消除动力学的影响[4], [5]。因此，鉴定次要内暴露区室应与组织反应的机制研究相结合。放射性示踪剂核医学成像提供了一种灵敏且定量的策略，用于全身生物分布的时间分辨体内分析[6]。由于HM含有氟原子，通过与正电子发射放射性核素¹⁸F标记，可以生成结构相同的¹⁸F标记HM（¹⁸F-HM），从而在呼吸道给药后进行实时全身追踪，并有助于识别接受次要暴露的器官。

与此同时，对新方法学（NAMs）日益增长的兴趣提高了具有机制信息且与暴露相关的体外模型的重要性。气-液界面（ALI）培养系统比传统浸没培养系统更准确地模拟气道上皮分化和顶端气溶胶暴露[7]。这些模型在评估上皮细胞毒性和屏障相关反应方面特别有用，包括紧密连接功能障碍，后者是早期吸入损伤的一个重要特征[8], [9]。在我们先前的研究中，HM通过破坏线粒体稳态诱导支气管上皮细胞自噬和凋亡，支持线粒体功能障碍作为毒性可能机制的观点[10], [11]。鉴于氧化磷酸化在三磷酸腺苷（ATP）生产和氧化还原平衡中的核心作用[12], [13], [14]，线粒体损伤也可能导致全身重新分布后肺外器官的细胞功能障碍。因此，需要系统评估肺部和肝脏系统中的线粒体稳态，以阐明呼吸道给药后HM分布的生物学意义。

随着公众对家庭和害虫防治产品安全性的关注日益增加[15]，需要改善针对吸入暴露场景的危害鉴定。在本研究中，我们合成了¹⁸F-HM，并在气管内给药后进行了正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）成像，以表征全身生物分布的时间分辨特征并识别主要次要暴露区室。在这些生物分布图谱的指导下，我们评估了HM在ALI肺上皮模型以及肝脏和巨噬细胞系统中的诱导反应，重点关注线粒体功能障碍。互补的离体和体内分析用于将内部分布与器官相关的生物学反应联系起来。本研究为从环境健康角度重新评估含HM家庭产品的吸入安全性提供了以生物分布为基础的依据。

章节摘要

¹⁸F-HM的制备与表征

用于放射标记的非放射性冷标品（化合物2和HM）和前体（化合物1）按照支持信息中描述的程序合成（Scheme S1），其表征数据见Figures S1-S15。

¹⁸F-HM的放射合成

¹⁸F-HM通过两步放射合成路线从前体1合成（Scheme 1）。首先，通过铜催化的[¹⁸F]三氟甲基化将化合物1的碘取代基转化为[¹⁸F]三氟甲基基团，得到中间体[¹⁸F]2[21]。然后，[¹⁸F]2在温和酸性条件下与环己基取代氨基胍（3）缩合20分钟，得到¹⁸F-HM。通过放射性HPLC共注入确认了[¹⁸F]2和¹⁸F-HM的身份

讨论

选择[¹⁸F]三氟甲基化标记是因为该标记方法在不改变HM分子结构的情况下引入放射性标记，提供与母体化合物化学上相同的示踪剂，并保持其理化性质和毒理学行为；¹⁸F标记具有强烈的底物依赖性，这是与HM结构兼容的策略。¹⁸F-HM的高放射化学纯度和体外稳定性支持了其用于无创PET/CT分析的应用

结论

总之，[¹⁸F]-HM PET/CT显示，气管内给药后HM在肺部迅速下降，并主要重新分布至肝脏，确定肺部为主要沉积部位，肝脏为主要次级靶器官，同时制剂进一步改变了该分布图谱。与这些器官特异性发现一致，HM在上气道上皮细胞中诱导细胞毒性，并在肝细胞中引起与线粒体功能障碍相关的损伤

环境意义

甲拌磷酰胺肟类杀虫剂是一种家用杀虫剂，当产品衍生的成分在家庭使用过程中进入呼吸道时，可能构成环境健康隐患。本研究表明，甲拌磷酰胺肟类杀虫剂在呼吸道给药后经历制剂依赖性的肺部滞留，并主要重新分布至肝脏。反复呼吸暴露导致肝细胞凋亡和线粒体丢失，血清转氨酶升高在28天后出现

CRediT作者贡献声明

Yong Joo Park：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，资金获取，概念构思。Su Hwan Park：写作 – 初稿撰写，验证，软件，方法学，形式化分析，概念构思。Se Jong Oh：软件，形式化分析，数据管理。Jongho Jeon：写作 – 审阅与编辑，监督，项目管理，方法学，资金获取，概念构思。So-Young An：写作 – 初稿撰写，验证，软件

利益冲突声明

作者声明不存在可能被认为影响本文所述工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到韩国环境产业技术院（KEITI）通过韩国环境部（MOE）资助的家庭化学产品安全管理技术开发项目的支持（项目编号RS-2022-KE002206，NTIS项目编号1485019433；RS-2022-KE002290，NTIS项目编号1485018880），以及韩国辐射医学研究所（KIRAMS）通过科学技术信息部（MSIT，编号50539-2026）提供的资助。本工作

Su Hwan Park | Jaebaek Jang | So-Young An | Hye-Jin Jeong | Dong Yeop Kim | Jung Eun Park | Min-Seok Kim | Jiyoung Jeong | Mi Hye Kwon | Seungbum Choi | Se Jong Oh | Yong Joo Park | Dong Hyun Kim | Jongho Jeon | Jong-Ho Lee | Wan-Seob Cho