氟尼酰胺在大鼠体内的吸收、分布、代谢、排泄与代谢转化研究：基于放射性示踪、代谢物谱分析及多尺度分析的见解

《Journal of Hazardous Materials》：Absorption, distribution, metabolism, excretion and metabolic transformation of Flonicamid in rats: Insights from radiotracing, metabolite profiling and multi-scale analysis

　　多尺度解析大鼠全生命周期氟啶虫酰胺ADME特征• 多尺度解析大鼠全生命周期氟啶虫酰胺（flonicamid）ADME特征• 14C标记技术实现氟啶虫酰胺全面质量平衡测定及系统性代谢物鉴定• 分子尺度预测氟啶虫酰胺与代谢酶之间的相互作用及构象变化引言化学农药在现代农业生产中不可或缺，对于保护作物和维护全球粮食安全至关重要。全球每年农药使用量超过400万吨，其中杀虫剂约占总量的30%[1],[2]。然而，化学农药的持续使用导致人类通过膳食摄入、环境接触和食物链转移长期暴露于各种残留物中[3]。根据世界卫生组织数据，全球每年有近三百万人遭受急性农药中毒。此外，长期暴露于低浓度农药与多种慢性健康状况相关，包括某些癌症、神经退行性疾病、内分泌障碍和生殖功能障碍[4],[5]。这些合成化合物已在所有主要环境介质中被检出，其广泛存在已成为21世纪的主要公共卫生问题。近几十年来，农药毒理学也经历了一次重大转变。早期研究主要关注急性毒性和致死效应。当前研究越来越关注慢性低剂量暴露的生物效应。这一转变将研究重点从环境归趋和迁移扩展到更广泛的领域。如今，研究人员更加关注识别代谢途径并理解驱动农药毒性的分子机制[7],[8]。外源化合物在哺乳动物体内的ADME（吸收、分布、代谢和排泄）过程直接关联外部暴露剂量与靶器官效应之间的联系。对这些过程进行深入表征为准确开展人类健康风险评估提供了重要基础[9]。氟啶虫酰胺是一种相对较新的吡啶甲酰胺类杀虫剂。它在全球范围内广泛用于防治刺吸式害虫，尤其是蚜虫和白粉虱[10],[11]。氟啶虫酰胺（FLO）对哺乳动物的急性毒性较低，对蜜蜂和鸟类的毒性也较低。这些特性使其在60多个国家获得注册。氟啶虫酰胺已成为高毒性有机磷和氨基甲酸酯类农药的重要替代品。近年来，其全球销售额保持年均增长率超过8%[12]。氟啶虫酰胺在田间条件下能提供稳定的虫害防治效果，且对非靶标生物急性毒性较低。这些特性支持其在全球范围内的广泛应用[13]。然而，环境监测数据揭示了氟啶虫酰胺污染更为令人担忧且普遍的情况。在印度农业土壤和地表水中均检测到其残留物，在北美五大湖流域的地表水中也检测到残留物，最高浓度达到1.751 μg/L[14],[15]。在中国珠江三角洲地区的农业地表水中，氟啶虫酰胺的检出率高达86.8%。此外，人体生物监测研究报告在尿液中检测到氟啶虫酰胺或其相关生物标志物（包括TFNA-AM），表明人体可测量地内暴露于氟啶虫酰胺。然而，仅检测这些生物标志物并不能确立代谢物的具体毒性，氟啶虫酰胺代谢物的毒理学意义仍缺乏充分表征[16],[17]。Zhang等人近期的工作系统表征了氟啶虫酰胺在雄性大鼠体内5 mg/kg剂量下的毒代动力学、组织分布、排泄和代谢转化，并鉴定TFNA-AM为通过脱氰甲基化形成的主要代谢物[18]。这些发现为氟啶虫酰胺在相对较低实验剂量下的体内处置和生物转化提供了直接的体内证据。外源物质在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄（ADME）过程决定了其整体归趋。这些过程调控组织暴露水平和生物蓄积，并最终决定其毒性效应[19],[20]。在ADME级联过程中，代谢转化起着核心作用，可能限制外源物质的清除速率。代谢通常增加化合物的极性，从而促进排泄并加速解毒过程。然而，代谢也可能将某些化合物转化为活性亲电中间体，这些中间体可与生物大分子共价结合，从而参与毒性反应[21]。细胞色素P450（CYP）酶超家族是哺乳动物的主要Ⅰ相代谢系统。CYP酶介导各种农药的氧化生物转化过程。不同CYP同工酶表现出各自的底物偏好性，这些差异可显著影响所形成代谢物的类型及其相对丰度[22],[23],[24]。先前的研究报告了血浆、组织和排泄物中氟啶虫酰胺及其代谢物的浓度和组成特征，为理解氟啶虫酰胺的体内处置建立了重要基础[18]。在此基础上，进一步研究氟啶虫酰胺的生物转化可将现有证据从化合物特异性检测和代谢物鉴定扩展到跨排泄途径和代谢成分的氟啶虫酰胺衍生物定量核算。将这些定量数据与分子反应性分析和候选酶评估相结合，可进一步阐明氟啶虫酰胺特定结构区域优先转化的分子基础[25],[26]。常规LC-MS方法为代谢物表征提供了高结构特异性，但不能独立建立化合物衍生物在生物基质中的完整质量平衡[27]。因此，放射示踪、反应性分析和候选酶的分子水平研究为将整体处置与氟啶虫酰胺生物转化背后的分子特征联系起来提供了互补信息。据此，本研究考察了氟啶虫酰胺衍生物在大鼠体内的回收率和排泄分布、主要回收成分的组成，以及氟啶虫酰胺给药后肝脏的转录反应。通过毒代动力学测量和组织分析表征了亲本氟啶虫酰胺的暴露，而14C放射示踪法量化了跨排泄途径的回收率[28]。放射色谱法结合高分辨质谱（HRMS）为回收的主要成分提供了定量和结构信息。利用密度泛函理论（DFT）和Fukui函数分析研究了与观察到的转化相关的反应区域的化学反应活性。采用肝脏转录组学、分子对接和分子动力学模拟对候选酶进行优先级排序，以供后续生化评估。在进行计算机毒性预测的同时，结合实测排泄物组成识别需要进一步研究的代谢物和毒性终点。主要目标是在现有基于浓度的观察结果基础上，补充氟啶虫酰胺处置的定量回收率和成分水平信息。章节摘要材料与方法我们采用了一个由五个部分组成的综合分析框架：体内放射示踪、代谢物谱分析、候选酶优先级排序、计算机毒性预测和分子相互作用分析。结果与讨论我们表征了大鼠口服氟啶虫酰胺后的完整体内归趋，包括其吸收、组织分布、代谢、排泄以及涉及的主要代谢途径。结论采用了一种多尺度分析策略，整合14C放射示踪、高分辨质谱、转录组学和计算化学，系统表征了氟啶虫酰胺在雄性大鼠体内的完整ADME过程，生成了全面的体内处置图谱。口服给药后，氟啶虫酰胺被快速吸收入血液循环并广泛分布于多种组织中，随后在大多数组织中出现进行性下降。其整体生物转化情况……展望本研究使用了相对较高的剂量，以便全面表征氟啶虫酰胺的毒代动力学和代谢特征。未来的研究应纳入更低的环境相关暴露水平，在相似的采样和分析条件下检查可检测代谢物范围和相对丰度的剂量相关差异、所代表的转化途径以及肝脏酶反应。此外，某些CYP酶的性别依赖性表达……CRediT作者贡献声明陈萌：软件，调查。陈昕颖：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，可视化，验证，软件，方法学，形式分析，数据管理，概念化。刘永立：监督，资源，调查，形式分析。王霞路：监督，资源，资助获取。利益冲突声明作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。致谢本工作得到辽宁省自然科学基金（批准号2025JH2/101300017）的支持。意义声明所有作者声明在发表本文时不存在利益冲突。陈昕颖 | 刘永立 | 陈萌 | 王霞路