产前 fipronil sulfone 暴露与胎儿肝功能生物标志物改变相关：整合流行病学、网络毒理学和分子对接的证据

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Prenatal fipronil sulfone exposure is associated with altered fetal liver-function biomarkers: Evidence integrating epidemiology, network toxicology, and molecular docking

　　

在187份脐带血清（cord-serum）样本中，fipronil sulfone 的检出率为100%。fipronil sulfone 与脐带血清丙氨酸氨基转移酶（ALT）和碱性磷酸酶（ALP）升高相关。混合暴露模型和机器学习模型识别 fipronil sulfone 为关键驱动因素。白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）部分介导了选定的肝功能生物标志物关联。

产前 fipronil sulfone 暴露与胎儿肝功能生物标志物改变相关：一项整合流行病学、网络毒理学和分子对接的研究解读

研究背景与问题：氟虫腈（fipronil）是一种广谱苯基吡唑类杀虫剂，通过选择性抑制昆虫γ-氨基丁酸受体发挥毒性。尽管欧盟和中国限制其农业用途，但其在兽药和室内害虫防治中仍广泛使用。环境及体内可生成 fipronil sulfone 等生物活性产物；氟虫腈及其代谢物（fipronil and its metabolites，FPM）可在土壤、地表水、室内灰尘和生物样本中检出，并通过饮食、饮水和污染灰尘进入人体。毒理学和流行病学证据提示，除神经毒性外，其还可能引起肝毒性、肾毒性和内分泌干扰。孕期母体暴露可导致胎盘转移，进而影响胎儿发育和器官发生。胎儿肝脏代谢酶系统和抗氧化防御尚未成熟，解毒能力低于成人，易受外源毒物影响并发生不可逆发育损伤。既往实验显示，FPM可跨胎盘并在胎儿组织蓄积，诱导肝细胞线粒体功能障碍、脂质过氧化、氧化应激、凋亡和功能损伤；炎症也可能参与其中。然而，人群数据有限，FPM混合物研究较少，母体化合物与单个代谢物的相对贡献不清，炎症的中介作用也未在人群中系统检验。因此，研究人员开展脐带血清横断面研究，旨在表征胎儿FPM暴露，评估单个化合物及总体混合物与肝功能生物标志物的关联，检验循环炎症细胞因子是否介导这些关联，并用网络毒理学和分子对接探索候选通路和分子靶点。

研究人员开展的研究、结论与意义：研究人员基于187对母子的脐带血清样本，发现 fipronil sulfone 与脐带血清ALT、AST、GGT和ALP升高相关，且经错误发现率（false discovery rate，FDR）校正后，其与ALT和ALP的关联仍显著；多变量回归、贝叶斯核机器回归（Bayesian kernel machine regression，BKMR）和机器学习均将 fipronil sulfone 识别为关键驱动成分。IL-1β和TNF-α部分介导了部分关联，网络毒理学和分子对接提示炎症及氧化应激通路。该研究将 fipronil sulfone 识别为发育肝毒性研究的优先化合物，提示产前暴露可能影响胎儿肝功能，但因果推断仍需纵向随访和实验验证。

关键技术方法概述：研究人员与泰安市妇幼保健院合作，2021年招募193名孕妇，最终纳入187对母子，采集脐带静脉血。采用液相色谱-高分辨质谱（liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry，LC-HRMS）定量6种FPM，用酶联免疫吸附试验（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）测定4种炎症细胞因子；进行贝叶斯基准剂量（Bayesian benchmark dose，BBMD）建模。通过网络毒理学数据库筛选靶点，行基因本体（Gene Ontology，GO）和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集、蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络及分子对接。统计分析包括多变量线性回归、BKMR、六种机器学习、Shapley additive explanations（SHAP）和中介分析，并校正母亲年龄、孕前BMI、早产、分娩方式、新生儿性别、出生体重和孕周。

研究结果：
3.1 参与者特征：共187对母子；母亲年龄中位30.0岁，BMI中位28.6 kg/m²；男婴93例、女婴94例，早产4例，剖宫产73例，平均出生体重3301.0±392.0 g，中位孕周39.0周。脐带血清ALT、AST、GGT、ALP和总胆红素（total bilirubin，TBIL）中位分别为8.0、32.0、143.0、152.0 U/L和29.7 μmol/L；IL-1β、IL-6、IL-10、TNF-α中位分别为36.9、17.1、370.6、389.0 pg/mL。
3.2 脐带血清中FPM浓度：fipronil sulfone 在所有样本中检出，中位101.6 pg/mL；fipronil desulfinyl 检出率70.1%，中位4.2 pg/mL。
3.3 单个FPM与肝功能生物标志物关联：多变量线性回归校正后，每10倍 fipronil sulfone 增加与ALT、AST、GGT、ALP升高相关；FDR校正后，ALT和ALP关联仍显著。fipronil desulfinyl 与ALP相关，但FDR校正后不显著。
3.4 FPM混合物与肝功能生物标志物关联：BKMR显示 fipronil sulfone 对ALT、AST、GGT、ALP的后验包含概率（posterior inclusion probabilities，PIPs）最高；总体混合物高于50百分位与ALT、ALP正相关，高于70百分位与AST正相关；单组分分析中 fipronil sulfone 仍与ALT、AST、ALP正相关。六种机器学习模型中，ALT选用支持向量机（support vector machine，SVM），AST、GGT、ALP选用LightGBM；SHAP确认 fipronil sulfone 为重要预测因子。
3.5 fipronil 和 fipronil sulfone 的基准剂量估计：BBMD模型平均BMD₁₀显示，fipronil 对ALT、AST、GGT、ALP分别为7.59、19.02、11.07、14.78 pg/mL；fipronil sulfone 分别为78.31、97.55、88.16、818.32 pg/mL。部分估计超出观察浓度范围，需谨慎解释。
3.6 炎症细胞因子的中介作用：IL-1β部分介导 fipronil sulfone 与ALT、AST关联，中介比例分别为16.25%和19.75%；TNF-α部分介导与ALT、AST、ALP关联，中介比例分别为13.89%、20.91%和11.21%；平均直接效应仍显著。
3.7 候选基因功能富集：2975个 fipronil 相关靶基因与1828个肝损伤相关基因有306个重叠；GO富集涉及外源刺激、化学应激、氧化应激和炎症；KEGG富集涉及脂质代谢、PI3K-Akt、MAPK、TNF、凋亡和细胞色素P450通路。
3.8 枢纽基因识别和分子对接：PPI网络识别121个关键基因，TNF、ALB、INS中心性最高；分子对接显示 fipronil 和 fipronil sulfone 均可与TNF、ALB、INS结合，fipronil sulfone 对三者的预测结合略优于 fipronil。

讨论部分总结：讨论指出，脐带血清 fipronil sulfone 与ALT、AST、GGT、ALP正相关，ALT和ALP经FDR校正后仍显著；回归、BKMR和机器学习一致识别 fipronil sulfone 为关键成分。其暴露水平与既往日本和韩国研究相近，母体化合物fipronil检出率为54.5%，说明其及代谢物可到达胎儿循环。既往无人类研究报告 fipronil sulfone 的肝毒性，而动物研究支持 fipronil 和 fipronil sulfone 均可致肝损伤；动物研究多给予 fipronil，而 fipronil 可经细胞色素P450转化为 fipronil sulfone，这被用于解释代谢物主导的肝毒性发现。炎症中介、网络毒理学和分子对接结果提示炎症及氧化应激通路参与。局限包括横断面设计、单次脐带血清测量、样本量和地域限制、无外部验证、机器学习模型探索性、BMD精度有限、肝酶替代标志物的局限、新生儿参考范围差异、细胞因子仅测四种，以及计算模拟需实验验证。

研究结论翻译：产前 fipronil sulfone 暴露，采用分娩时脐带血清浓度评估，与更高的脐带血清ALT和ALP一致相关，且 fipronil sulfone 在回归、BKMR和机器学习分析中被优先识别。IL-1β和TNF-α部分介导了部分关联，网络和分子对接分析提示炎症及氧化应激通路。这些汇聚性发现将 fipronil sulfone 识别为发育肝毒性研究的优先化合物，但仍需要纵向随访和实验验证。减少可避免的母体暴露并监测儿童健康结局，可能有助于阐明并减轻潜在长期后果。