AOP导向IATA案例研究：整合AI预测与体外NAM证据用于邻苯二甲酸酯替代物DART优先级排序

《Environment International》：Toward NGRA for safer phthalate substitution: An AOP-informed IATA case study integrating AI-based predictions and in vitro NAM evidence for DART prioritization

　　

该研究提出一种AOP（Adverse Outcome Pathway，不良结局通路）导向的IATA（Integrated Approach to Testing and Assessment，测试与评估综合方法）框架，将ToxBAI基于人工智能的预测与实验性NAM（New Approach Methodologies，新途径方法）证据相整合。研究人员发现DEHP（di(2-ethylhexyl) phthalate）与DBP（dibutyl phthalate）显示出与DART（Developmental and Reproductive Toxicity，发育与生殖毒性）相关的连贯机制证据。替代增塑剂显示的信号较少，但这反映数据缺口而非安全性。替代增塑剂的敏感窗口暴露数据稀缺。这项以危害为核心的IATA案例研究为未来暴露导向的NGRA（Next-Generation Risk Assessment，下一代风险评估）提供了机制基础。

研究背景方面，塑料添加剂中的增塑剂因广泛用于消费品、工业品和医疗器械而带来持续人体与环境暴露风险。传统邻苯二甲酸酯类增塑剂具有明确DART与内分泌干扰关切，监管限制推动结构多样的替代增塑剂使用。然而许多替代物发育与生殖毒理学证据不足，若仅依据不完整毒理与暴露证据进行替代，可能把风险转移而非消除，形成遗憾替代（regrettable substitution）。因此，需要在减少动物实验依赖的同时，用机制化、透明化方法比较传统邻苯二甲酸酯与替代增塑剂的男性生殖发育危害。

该研究由Donghyeon Kim、Chaein Chong、Ga-eul Yang、Hyunwoo Kim与Jinhee Choi开展，论文发表于《Environment International》。研究人员构建AOP导向IATA案例研究，以四种传统邻苯二甲酸酯DEHP、DBP、DEP（diethyl phthalate）、DnOP（di-n-octyl phthalate）和四种替代增塑剂DEHTP（di(2-ethylhexyl) terephthalate）、DEHA（di(2-ethylhexyl) adipate）、TOTM（trioctyl trimellitate）、ATBC（acetyl tributyl citrate）为对象，整合管理报告、文献体外研究、ToxCast高通量筛选、ToxBAI机器学习预测、IVIVE（in vitro to in vivo extrapolation，体外到体内外推）得到的人等效剂量HED（human-equivalent dose）以及CTD（Comparative Toxicogenomics Database，比较毒基因组学数据库）敏感窗口内暴露记录，支持男性生殖发育相关DART筛查级优先级排序。

主要关键技术方法包括：从AOP Wiki筛选与男性生殖发育相关的AOP并组装为统一AOP网络；用NTP-OHAT偏倚风险框架评价非标准体外文献质量；从EPA CompTox Chemicals Dashboard获取ToxCast体外筛选数据并做细胞毒性过滤；用ToxBAI中ToxCast基与OECD TG（Test Guideline）基模型填补关键事件与顶端毒性数据缺口，仅在适用域内保留预测；用httk包做IVIVE并以1 mg/kg体重/天暴露情景估计稳态血浆浓度C_ss与HED；从CTD提取妊娠、胎儿/胎盘、婴儿、儿童、哺乳和生殖/孕前等敏感窗口内暴露证据。化学集合来自韩国食品药品安全部MFDS资助项目的预定义目标增塑剂。

研究结果如下。

3.1 监管背景与替代物评估中的DART端点优先级：研究人员通过整理欧盟、美国、澳大利亚、韩国等监管机构报告发现，传统邻苯二甲酸酯监管证据远多于替代增塑剂，且DART是传统邻苯二甲酸酯最主要和最敏感危害类别，后代效应、睾丸毒性、精子发生受损和生育力下降是关键临界效应，因此选择DART作为广泛监管危害域，机制IATA聚焦男性生殖发育。

3.2 整合NAM证据的男性生殖发育AOP网络：研究人员将AOP 18、51、305、306、307、344整合为统一网络，连接PPARα激活、StAR（steroidogenic acute regulatory protein，类固醇生成急性调节蛋白）与TSPO（translocator protein，转运蛋白）相关过程下降、胆固醇运输与类固醇生成受损、睾酮合成与双氢睾酮信号下降、雄激素受体AR（androgen receptor）拮抗及雄激素应答转录下降，最终通向男性生殖道畸形与睾丸功能障碍。

3.3 文献、ToxCast与ToxBAI来源NAM证据向关键事件映射：研究人员把文献体外指标、ToxCast assay、ToxCast基ToxBAI模型、OECD TG基ToxBAI模型与监管报告分别映射到对应KE（Key Event，关键事件）或AO（Adverse Outcome，不良结局）。其中ToxCast基ToxBAI仅在经验ToxCast数据缺失时作补缺证据，监管报告与OECD TG基ToxBAI映射到生殖道畸形这一AO。

3.4 传统邻苯二甲酸酯与替代增塑剂在AOP网络中的整合证据：研究人员构建化学-事件-证据活动矩阵后发现，DEHP与DBP在降低StAR水平、降低TSPO水平、Leydig细胞睾酮合成下降、AR拮抗和监管生殖毒性方面显示最广且最连贯的活跃证据；DEP与DnOP顶端监管证据表明生殖毒性，但机制支持较弱；替代增塑剂矩阵以灰色缺失细胞为主，DEHTP有PPARα相关ToxCast活跃信号，DEHA有睾酮下降文献证据与TSPO相关ToxBAI预测信号，TOTM有AR拮抗ToxCast活跃信号，ATBC仅有ToxBAI预测的睾酮下降信号，OECD TG基ToxBAI未预测任何替代物具生殖毒性。研究人员强调灰色细胞代表证据不可用，不代表确认无活性。

3.5 基于HED的监管与NAM证据定量整合：研究人员用反向剂量测定把文献与ToxCast体外生物活性浓度转为HED，并与体内监管基准比较。DEHP与DBP的类固醇生成、睾酮与AR扰动HED与监管DART基准范围大体可比；替代增塑剂中DEHTP的PPARα信号、DEHA的睾酮相关效应、TOTM的AR拮抗信号虽可估HED，但缺乏配套DART监管基准，且在可比较机制事件上其HED高于对应传统邻苯二甲酸酯。该结果说明替代物低信号不等于低危害，而是证据不全与不确定性强。

3.6 发育与生殖敏感窗口中的暴露证据：研究人员用CTD分析发现，DEHP有98篇唯一文献覆盖妊娠、胎儿/胎盘、婴儿、儿童、哺乳和生殖情境，DBP有51篇，DEP有44篇，DnOP有15篇；替代增塑剂中DEHTP仅儿童/青少年情境有2篇，DEHA、TOTM与ATBC在CTD敏感窗口内暴露记录中未被捕获。研究人员指出这不代表无暴露，而是敏感窗口内生物监测证据不足，因此不能把替代物较低DART信号误判为敏感人群安全。

讨论部分总结如下。研究人员强调替代增塑剂安全性不能仅由阳性结果少于传统邻苯二甲酸酯推出；DEHP与DBP在类固醇生成和雄激素信号域证据强，替代物则信号孤立且暴露表征薄弱，应被视为未解决替代候选而非已确认更安全替代物。NAM作用具有数据可用性依赖性：数据丰富的传统物中NAM提供机制支撑，数据中等物中NAM帮助区分一致与不一致机制信号，数据贫乏替代物中NAM用于识别生物信号、暴露证据缺口和后续测试优先级。该研究从危害导向IATA走向暴露导向NGRA，但当前仍非完整暴露情景风险评价，因为IVIVE提供剂量语境、CTD提供暴露证据覆盖而非暴露量。局限包括AOP网络只覆盖男性生殖发育、部分AOP未正式审评、NAM覆盖不均、IVIVE未充分建模代谢物、体外扰动到机体层面AO推导困难、ToxBAI预测与ToxCast经验证据并非完全独立、未采用形式化定量权重体系。

结论部分翻译如下：增塑剂替代旨在减少人体与环境暴露于有害化学品，但当替代物在毒理与暴露证据有限时被评估，可能造成新风险。本研究证明AOP导向IATA框架可通过整合监管证据、机制NAM数据、ToxBAI预测、IVIVE衍生人等效剂量估计和敏感窗口暴露信息，支持更透明的更安全替代决策。整合证据一致将DEHP与DBP确定为高关切传统邻苯二甲酸酯，其在类固醇生成与雄激素相关关键事件上活动连贯，且剂量化NAM信号与监管基准大体可比。相反，替代增塑剂通常显示较少活跃信号，但证据基础稀疏且不均衡。与PPARα激活、睾酮相关响应或雄激素受体活性相关的孤立信号表明，这些化学品不应被假定为生物学惰性。此外，基于CTD的暴露分析显示替代物在发育与生殖敏感窗口中的生物监测证据有限或缺失，突出重要暴露数据缺口。这些发现说明替代增塑剂较低表观活性不应被解释为安全性确认；在获得靶向机制测试、改进毒动力学评价和敏感窗口暴露表征前，此类化学品应被视为未解决替代候选。总之，该研究为利用NAM与AOP降低遗憾替代风险及引导更具环境保护性的增塑剂评估提供实用框架，并为从筛查级DART危害优先级走向未来暴露导向NGRA奠定基础。