通讯作者：程志鹏 助理研究员
通讯单位：南开大学
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c09416
科学评估新污染物暴露及其健康风险是新污染物治理的重要基础。芳香胺抗氧化剂（AAs）是一类应用广泛的抗氧化剂。近年，AAs及其转化产物—对苯二胺醌（PPD-Qs）在环境及人体介质中广泛检出，其暴露风险日趋增高，是一类典型新污染物。目前，对AAs及PPD-Qs在高风险敏感母婴人群间的暴露特征特别是其跨胎盘传递行为研究十分匮乏。本论文以20种AAs和6种PPD-Qs为目标物，开展母婴人群生物样本监测，明确其暴露水平和特征，系统评价目标物质对敏感母婴人群的暴露风险；创新性构建大鼠子宫灌流模型，模拟典型AAs及PPD-Qs跨胎盘传递动态过程，探究其跨胎盘传递规律；结合分子对接技术，计算胎盘转运蛋白与典型AAs及PPD-Qs对接结合能，揭示胎盘转运蛋白在AAs及PPD-Qs跨胎盘传递过程中的介导作用。本论文在人体-动物-分子三个水平上，联合生物样品监测-动物模拟-分子对接技术，揭示AAs和PPD-Qs的跨胎盘传递机制，评价其健康暴露风险。
（1）人群监测-孕妇尿液和配套羊水样品中AAs和PPD-Qs的污染水平
如图1所示，在20种 AAs中，分别有14种和11种在母亲尿液和羊水样品中检出。母亲尿液样本中AAs的总浓度（∑AAs）范围为3.05至58.3 ng/mL，中位数为8.71 ng/mL。羊水中∑AAs的浓度（中位数：15.4 ng/mL，范围：2.51至140 ng/mL）高于尿液样本（
p
<0.05）。对于PPD和PPD-Qs，在母亲尿液和羊水样品中检出了三种PPDs（即IPPD、6PPD和DTPD）和三种PPD-Qs（即IPPD-Q、DPPD-Q和CPPD-Q）。母亲尿液中PPD-Qs的浓度（∑PPD-Qs）（中位数：0.236 ng/mL，范围：0.215-16.8 ng/mL）显著（
p
<0.05）高于∑PPDs（中位数：0.130 ng/mL，0.060-0.791 ng/mL）。同样，羊水中∑PPD-Qs（中位数：2.29 ng/mL，0.485-33.2 ng/mL））显著（
p
<0.05）高于∑PPDs（中位数：0.092 ng/mL，0.042-0.361）。另一个值得注意的现象是，尿液中PPDs的浓度（中位数：0.130 ng/mL）明显高于羊水中的浓度（0.092 ng/mL，
p
<0.05）。尽管如此，羊水中PPD-Qs的浓度（2.29 ng/mL）明显高于尿液中的浓度（0.236 ng/mL，
p
<0.05）。这表明与PPDs相比，PPD-Qs的跨胎盘传递净流入量更高。需要注意的是，PPD-Qs可以形成与DNA共价结合的加合物，这可能导致DNA链中碱基的丢失，并增加对癌症的易感性。然而，目前还没有关于PPD和PPD-Qs在妊娠期间的毒性作用的研究。未来应进行更多的研究，以探究PPD和PPD-Qs对母婴人群的毒性作用及其对生长发育的影响。
图1（A）羊水（AF）和母亲尿液（U）样本中∑AAs（包括PPDs）、∑PPDs和∑PPD-Qs的浓度（ng/mL）（星号（*）表示显著性水平，
p
<0.05，Mann-Whitney U检验）；（B）AAs和PPD-Qs在人尿液和羊水样本中的分布
（2）构建大鼠子宫灌流模型揭示典型AAs和PPD-Qs跨胎盘传递动态规律
为了模拟AAs及PPD-Qs跨胎盘传递动态过程，探索AAs和PPD-Qs的理化性质如何影响其跨胎盘传递，创新性构建了大鼠子宫灌流模型（图2），通过在腹主动脉和后腔静脉插管灌流形成生殖动脉-胎盘-胎鼠-生殖静脉回流。由于结扎了除生殖动脉和静脉外的所有血管，大鼠子宫灌流模型准确地形成了“胎盘屏障”。
图2（A） 大鼠子宫灌流模型的示意图和（B）实验流程
不同AAs和PPD-Qs的跨胎盘传递能力差异显著（图3）。在5000 ng/mL的浓度下，胎盘和胎鼠中的DPGs浓度也尚未饱和，而其他物质接近饱和，因此在未来的研究中应特别关注妊娠期间的DPGs的暴露。被动扩散和主动转运是污染物跨胎盘传递的两种主要机制。细胞膜两侧的浓度梯度会影响被动扩散，浓度差越大，运输速度越快。因此，我们怀疑DPGs的跨胎盘传递可能更多地依赖于被动扩散，而其他AAs和PPD-Qs（DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q、CPPD-Q）可能更依赖于主动转运。
由于DPGs和其他AAs和PPD-Qs之间的跨胎盘传递存在显著差异，我们将DPGs的分析与其他AAs和PPD-Qs分开。对于DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q和CPPD-Q，在中高浓度下，胎鼠的浓度（
p
<0.05）与
log
K
OW
呈负相关。在三个暴露浓度下，胎盘中的DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q、CPPD-Q浓度与log
K
OW
之
间呈正相关（低浓度时p < 0.05）。此外，在三个暴露浓度下，胎盘中DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q、CPPD-Q的浓度与MW之间呈正相关（p < 0.05）。这一现象表明，对于DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q、CPPD-Q（
log
K
OW
范围为2.58-8.51），亲脂性和分子量越高，物质越难跨胎盘传递，反而更容易在胎盘中积聚。
图3大鼠子宫灌流模型中，三种暴露浓度（10、1000、5000 ng/mL）下（A）胎鼠和（B）胎盘中DBDPA、di-AMS、IPPD、IPPD-Q、DPPD-Q、CPPD-Q的浓度，以及（C）胎鼠和（D）胎盘中DPG、DTG、TPG的浓度（误差条表示标准偏差）
（3）利用分子对接探究胎盘转运蛋白介导的目标物质跨胎盘传递
将胎盘中的32种转运蛋白和9种AAs或PPD-Qs进行分子对接模拟并计算其结合能。进一步地对大鼠胎盘中AAs及PPD-Qs的浓度与其和转运蛋白的结合亲和力进行了相关性分析。观察到大鼠胎盘中AAs及PPD-Qs的浓度与胎盘转运蛋白的结合亲和力之间存在显著相关性（
p
<0.05）。这一现象表明，与转运蛋白的结合可能有助于AAs和PPD-Qs的跨胎盘主动转运。在本研究的32个胎盘转运蛋白中，SOAT与目标物质的结合亲和力最大，但SOAT与AAs或PPD-Qs之间的结合亲和力低于SOAT与其底物之间的结合亲和性。OCTN1与目标物质的结合亲和力排名第二，OCTN1和AAs或PPD-Qs之间的结合亲和力高于OCTN1与其底物之间的结合亲和性，这表明OCTN1在AAs和PPD-Qs的跨胎盘传递中起着重要作用。此外，在10 ng/mL的暴露浓度下，大鼠胎盘中9种AAs或PPD-Qs的浓度和其与OCTN1的结合亲和力也显示出显著的负相关（
p
<0.05，
ρ
=-0.786），表明AAs和PPD-Qs可能由OCTN1介导主动转运。以di-AMS为例，di-AMS与OCTN1的残基Arg 469之间形成了氢键和阳离子-π相互作用、和残基Tyr 356以及Phe 441之间形成了π–π 堆积作用。此外，di-AMS和OCTN1的结合具有与其内源性底物结合相同的结合残基（Phe 239），这可能形成竞争性抑制。
图4（A）转运蛋白在胎盘内的定位，（B）目标物质与转运蛋白的结合亲和力，（C） OCTN1与di-AMS的分子对接结果
程志鹏
，
博士，主要从事新污染物环境健康与毒理研究。先后主持博士后科学基金、国家自然科学基金青年项目、国家重点研发项目子课题，参与国自然区域联合基金。在
Environmental Science & Technology
、
Journal of Hazardous Materials
、
Environment International
等环境领域知名期刊上发表论文
40
余篇，其中以第一
/
通讯作者发表
25
篇文章。担任
Science of The Total Environment
、
Eco-Environment & Health
、
Journal of Environmental Exposure Assessment
和《中国环境科学》等期刊青年编委。
通讯邮箱
：
[email protected]
张绍晗
，南开大学环境科学与工程学院
2022
级直博生。研究方向为新污染物与环境健康。以第一作者在
Environmental
Science & Technology
（
2
篇）和
Environment
International
（
2
篇）上发表论文
4
篇。
