城市河流中可卡因与苯甲酰爱康宁的污染特征及其对斑马鱼胚胎的发育毒性及氧化应激效应

《Aquatic Toxicology》：Cocaine and Benzoylecgonine in Urban Rivers: Occurrence, Developmental Toxicity and Oxidative Stress in Zebrafish Embryos

　　

可卡因（cocaine，COC）及其主要代谢物苯甲酰爱康宁（benzoylecgonine，BE）在地表水和水生生物中的检出日益增多。本研究对巴西东南部里约热内卢市五条城市河流进行了为期12个月的COC和BE逐月监测。此外，将斑马鱼胚胎暴露于环境相关浓度的两种化合物（100、750、1250、2500、3500和5000 ng L^?1）96小时，随后评估了形态学和致畸学改变、心率影响、抗氧化调节（超氧化物歧化酶—SOD、过氧化氢酶—CAT、谷胱甘肽S-转移酶—GST）以及氧化损伤（蛋白质羰基化、脂质过氧化）。COC和BE在大多数采样活动中均被检出（分别为97%和100%），浓度范围分别为COC 3 ng L^?1（平均值＝2.421×10² ng L^?1）和BE 4.36×10¹至1.8505×10³ ng L^?1（平均值＝7.512×10² ng L^?1）。检出浓度通常超过全球其他地表水报道值，某些情况下甚至高于污水处理厂（WWTP）和未处理污水进水。暴露于两种化合物均可引起斑马鱼形态学和致畸效应，尤其COC在1250 ng L^?1和BE在100 ng L^?1浓度下，卵黄囊水肿/肿胀和心包水肿分别是COC和BE最突出的效应。仅BE暴露在所有测试浓度下均观察到心率加快。暴露于两种化合物均导致氧化应激，且BE对所有生物标志物的影响均比COC更显著。这些发现表明里约热内卢市河流中COC和BE污染的环境情景严峻，警示全球城市水体中非法药物相关风险以及鱼类早期生活阶段的应激状况。

研究背景：可卡因（cocaine，COC）及其主要活性代谢物苯甲酰爱康宁（benzoylecgonine，BE）已成为新兴环境污染物。全球约2100万可卡因使用者中22%位于拉丁美洲。COC主要在肝脏代谢，以原形排出仅1–9%，超过90%以代谢物形式排出，其中BE占35–54%。COC和BE可通过生活污水进入水体，已在多国污水和地表水中被检出。已有研究表明二者可在水生生物体内蓄积并产生毒性效应。然而，目前缺乏针对城市河流中COC和BE的长期同步监测，也缺乏环境相关浓度对鱼类早期生活阶段综合影响的研究。为此，研究人员设计并实施了一项结合一年河流监测与斑马鱼胚胎多终点暴露评估的研究，以阐明COC和BE的污染水平与毒性机制。

研究人员对里约热内卢市五条城市河流进行了为期12个月的逐月采样，采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）定量COC和BE，同时将斑马鱼胚胎暴露于100、750、1250、2500、3500和5000 ng L^?1的环境相关浓度96小时，系统评估了发育形态、心率以及氧化应激生物标志物。结果显示COC和BE在河流中普遍检出，BE浓度更高；二者均可诱导斑马鱼胚胎形态学异常和氧化应激，且BE毒性更强，最低有效浓度仅为100 ng L^?1。该研究揭示非法药物及其代谢物是应被关注的新兴污染物，有必要将其纳入水环境监测与生态风险评估。

主要技术方法：研究人员在2022年7月至2023年6月期间，于巴西里约热内卢市五条城市河流（Cunha Canal、Mangue Canal、Carioca River、Irajá River和Meriti River）各设一个采样点，每月采集表层水样，经固相萃取（SPE）后采用UHPLC-HRMS定量COC和BE。斑马鱼胚胎毒性试验将胚胎暴露于前述6个浓度梯度，设立阴性和溶剂对照，每日观察致死、致畸及发育指标。生物标志物分析检测了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）活性、还原型谷胱甘肽（GSH）含量、蛋白质羰基化水平及以丙二醛（MDA）表征的脂质过氧化程度。

3.1 城市河流COC和BE浓度：通过12个月监测发现，COC检出率为97%，BE检出率为100%；COC平均浓度为2.421×10² ng L^?1，BE平均浓度为7.512×10² ng L^?1，BE显著高于COC。雨季浓度高于旱季，1月为峰值。多数河流COC/BE比值低于0.75，提示主要来源于人类消费。该结果揭示了里约热内卢城市河流受COC和BE污染程度较高。

3.2 斑马鱼形态学和致畸效应：暴露实验显示，COC和BE均可引起胚胎畸形，如心包水肿、卵黄囊水肿/肿胀、发育延迟等。效应评分从COC 1250 ng L<