本文介绍了一项关于城市人群脑脊液中农药暴露水平的研究。研究发现，在血清、尿液和脑脊液中检测到了20种农药，包括8种有机氯农药。联苯在三种样本中占据主导地位。研究还发现在脑脊液中存在6种三唑类杀菌剂，这在血清中并未发现，表明这些物质可能在脑脊液中富集。根据风险评估，六氯苯、联苯和p,p'-DDE是风险最高的农药。研究指出，农药暴露可能来自环境暴露和食物链富集，年龄差异也会影响农药浓度。
该研究关注城市人群中农药的暴露水平，特别是脑脊液中的农药存在情况。研究背景提到农药对非目标生物和人类的影响是近年来的关注话题，且很少有研究关注脑脊液中农药的存在与疾病结局之间的联系。
该研究使用了血清、尿液和脑脊液样本进行分析，采用了液-液萃取法和固相萃取法提取农药。通过估计每日摄入量（EDI）和危害商数（HQ）来评估不同农药的潜在危害。使用了系统聚类分析来分析不同样本中农药的相关性。
研究在血清、尿液和脑脊液中检测到了20种农药，包括8种有机氯农药。联苯在三种样本中占据主导地位。脑脊液中发现了6种三唑类杀菌剂，这在血清中并未发现。六氯苯、联苯和p,p'-DDE是风险最高的农药。
研究指出，农药暴露可能来自环境暴露和食物链富集。年龄差异也会影响农药浓度。三唑类杀菌剂在脑脊液中的发现在食品和环境安全领域引起了关注。
第一作者：Ke-Xin Zhao , Ming-Yan Zhang
通讯作者：Zi-Feng Zhang
通讯单位：哈尔滨工业大学
期刊：Journal of Hazardous Materials
DOI： https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131002
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文章亮点
•测试了城市人群脑脊液中的农药暴露水平
•首次在脑脊液中发现三唑类杀菌剂
•人体内的农药主要来自环境暴露和食物链富集
•风险最高的农药是六氯苯、联苯和p,p'-DDE
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研究背景
农药包括杀虫剂、杀真菌剂和除草剂等用于提高作物产量的化合物。然而，农药残留暴露对非目标生物和人类的影响是几十年来关注的话题。
几项研究报告了杀虫剂的副作用。（1）杀虫剂已被证明会导致神经损伤、遗传毒性和代谢紊乱。（2）通过测量血清和尿液中的浓度来评估人类对农药的暴露。这些研究表明，许多国家的普通人群普遍接触有机氯、有机磷、合成拟除虫菊酯和新烟碱。（3）许多队列研究将农药暴露与多种疾病联系起来，从乳腺癌到不良出生结果。（4）在城市环境中，人类接触农药可能来自受污染的食物、水和空气，并且中国的接触水平知之甚少。此外，很少有研究关注脑脊液中农药的存在。脑脊液在维持大脑和中枢神经系统的物理和化学平衡中起着重要作用，并受到血脑屏障的保护，血脑屏障使其免受有害物质对大脑和神经系统产生的损害。脑脊液中农药的出现可能意味着潜在的神经效应。很少有研究探讨脑脊液中农药的出现与疾病结局之间的联系。由于脑脊液样本的获得较为困难，目前关于脑脊液中农药存在的少数研究仅基于有限样本量。
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研究方法
1. 研究人群和样品处理
本研究分析的血清、尿液和脑脊液样本于2019年收集自黑龙江省第二医院和哈尔滨医科大学（中国）第四附属医院。研究参与者包括52名男性和39名女性，年龄从5岁到83岁不等。所有配对的血清和尿液样本均收集自2020年在上述同一家医院接受常规体检的100名个体。参与者为50名男性和50名女性，年龄从20岁到60岁不等。采用液-液萃取法从脑脊液中提取农药，血清、尿液样品通过固相萃取提取。
2. 估计每日摄入量（EDI）
注：EDI，估计每日摄入量；CUM，农药的摩尔浓度；VU，24小时内排泄的总尿量；MWP，化合物的分子量；FUE，化合物的尿排泄分数；BW，体重；CU ，尿中农药浓度。危害商数（HQ）是EDI与ADI（每日允许摄入量）的比率，用于比较不同农药的潜在危害。如果HQ小于1，则认为暴露水平是无害的。
3.农药风险排序
根据风险进行排名，所有相关指标通过将单个指标除以总和进行归一化。选择了五个不同的指标来评估农药风险，即脑脊液中的浓度（FCS）、穿过血脑屏障的能力（FC/S）、尿液排泄的潜力（FU/S）、每日摄入水平（FHQ）和毒性水平（FTOX）。FU/S阴性表明随着通过尿液排泄的增加危害减少。
4.统计方法
所有低于检测限（LOD）的农药浓度均以零值估算。通过Kolmogorov-Smirnov检验检查数据分布的正态性。通过独立T检验对男性和女性的农药含量浓度差异进行了测试。采用单因素方差分析（ANOVA）测试不同年龄组的农药浓度。通过Pearson相关分析分析配对血清和尿液样品中农药的相关性。采用系统聚类（Pearson相关法）分析脑脊液、血清和尿液中的农药。显著性水平设定为0.05。采用SPSS 26.0软件进行统计分析。
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研究结果
表1：血清、尿液和脑脊液中农药的测量浓度。
研究中总共发现了8种有机氯和12种非有机氯农药。在血清中，几乎所有样品中均检测到8个有机氯农药（OCPs）和5个非有机氯农药（non-OCPs）。在尿液中，除p，p’-DDE外，检测到血清中发现的所有农药（图S1-S3）。
图1：各检测农药在血清、尿液和CSF中的分布。
联苯浓度最高（10.5 ng/mL，血清中70.6%；1.65 ng/mL，尿液中52.7%），其次是二苯胺（2.09 ng/mL，血清中14.1%；0.68 ng/mL，尿液中21.6%）。血清中六氯环己烷及其异构体（α-HCH、β-HCH、γ-HCH、δ-HCH）的总浓度0.25ng/mL。在脑脊液中，仅检测到4种OCPs（二氯苯甲腈、六氯苯、p,p′-DDE、β-HCH）和2种non-OCPs（联苯、二苯胺）。
图2：脑脊液中发现的6种三唑类杀菌剂。
值得注意的是，脑脊液中检出了7种血清中未检出的农药，其中6种属于三唑类杀菌剂。
表2：脑脊液、血液和尿液中农药的比例（R尿液/血清、R脑脊液/血清）和性别差异。
检查了尿液和血清之间的农药浓度比（R尿液/血清）以及血清和尿液浓度之间的相关性（表S5）。除p，p’-DDE外，该比率较高，表明排泄率较高。α-HCH的R尿液/血清值最高（R尿液/血清：240%，log Kow：3.72，Pearson相关性：0.091），其次是二氯苯甲腈（200%，2.74，0.742），p、p’-DDE（0%，6.51，-）和乙草胺（5%，4.14，0.05）的R尿液/血清最低。
还分析了脑脊液和血清之间的农药浓度比（R脑脊液/血清，表2），发现p，p'-DDE的R脑脊液/血清值最高（R脑脊液/血清：100%，log Kow：6.51），其次是HCB（70%，5.73）和β-HCH（60%，3.72）。虽然脑脊液中联苯浓度最高（1.18 ng/mL，占总浓度的56.8%），但其R脑脊液/血清仅为11%，因此高浓度主要是由于血清中联苯含量高。6种三唑类杀真菌剂的R脑脊液/血清不可用，因为在血清中未检测到三唑类杀真菌剂。
男性体内所有检出农药的血清浓度（算术平均浓度∑8 OCPs：1.12ng/mL，∑5non-OCPs：13.9ng/mL）略高于女性（∑8 OCPs：1.02ng/mL，∑5non-OCPs：13.8ng/mL）（表2），这些差异仅对二氯苯甲腈、多氯联苯和残杀威具有统计学意义（p<0.05）。值得注意的是，男性脑脊液中5种三唑类杀菌剂（丙环唑、多效唑、腈菌唑、丁唑、烯效唑）的浓度约为女性的两倍。
表3：城市人口中按年龄收集的脑脊液、血液和尿液中农药的浓度(ng/mL)。
农药暴露的年龄差异将参与者分为四个年龄组（<30、30-39、40-49和≥50岁），以评估农药暴露水平与年龄之间的关系。除多氯联苯和δ-HCH外，血清、尿液和脑脊液中的大多数农药水平与年龄没有显著相关性（表3）。PCNB和δ-HCH的浓度在各年龄组之间有显著差异（p<0.05）。尿PCNB浓度随年龄变化降低，<30、30-39、40-49和≥50岁年龄组的算术平均值分别为0.05、0.03、0.04、0.02 ng/mL。血清中总农药浓度随年龄显著增加（p<0.05），<30、30-39、40-49和≥50岁年龄组的算术平均值分别为14.1、14.4、15.3、16.1 ng/mL。与血清中显示的趋势相反，尿液中的总农药水平随着年龄的增长显著降低（p<0.05），<30、30-39、40-49和≥50岁年龄组的算术平均值分别为3.65、3.38、2.8、2.64 ng/mL。这表明，农药浓度随年龄增加可能是由于机体代谢这些物质的能力下降。
图3：血液和脑脊液中农药检测结果的相关性和聚类分析。
不同暴露来源的农药如图3所示，脑脊液和血清中的农药被分成4个簇。六氯环己烷、六氯代苯、多氯联苯、残杀威和乙草胺在血清中归为一类（食物链来源）。除残杀威和乙草胺外，这些农药都是具有高生物累积系数的OCPs（六氯环己烷为2.399，六氯代苯为3.448，多氯联苯为2.728，EPI SuiteTM）。而且，这些OCPs的生产和使用在中国早已被禁止。我们在样品中没有检测到γ-HCH。血清中的二氯苯甲腈、联苯、二苯胺和敌敌畏被归入另一类（环境暴露）。脑脊液中的所有三唑类杀菌剂被聚类为一组，表明这些物质具有共同的来源，可能来自食物残留物。
表4：根据尿液浓度估计农药的每日摄入量。
EDI计算结果见表4。值得注意的是EDI结果是估计值，因为计算中包含了几个假设。六氯苯（0.032mg/kg bw）和六氯环己烷（总计：0.051mg/kg bw）的EDI高于ADI，因为其FUE较低（六氯苯为2%，α-六氯环己烷为2.7%，β-六氯环己烷为12.3%）。敌敌畏的EDI（男性0.031mg/kg bw，女性0.024mg/kg bw）也高于ADI，这主要是由于尿液中的浓度相对较高（0.40ng/ mL）。六氯苯、α-HCH、β-HCH和敌敌畏的HQ分别为53.3、8.80、1.40和7.75。结果表明，六氯代苯的风险大于所分析的其他农药。
表5：根据风险对脑脊液、尿液和血液中测定的农药进行排序。
根据风险对农药进行排序的结果列于表5。得分最高的农药是HCB，其次是联苯和p,p′-DDE。主要是因为它们都存在于脑脊液中，通过尿液排泄的能力较低。HCB排名最高是因为其高HQ值。联苯排在第二位是因为它占血清、尿液和脑脊液总接触水平的近一半。p，p’-DDE在脑脊液中积累。
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研究结论
在中国城市人群的血清、尿液和脑脊液中检测到20种农药，包括8种OCPs。联苯在血清、尿液和脑脊液中占主导地位。在人体中检测到的OCPs主要来自食物链积累，而接触其他农药主要来自环境。在脑脊液中发现了6种三唑类杀菌剂，但在所有参与者的血清中均未发现，这表明这些物质具有特殊的性质，使其能够在脑脊液中富集。三唑类杀菌剂因其低毒而广泛用于农业，结果应该引起关注。
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来源 | 钟斯怡、环境与生殖发育
