轮胎颗粒作为微塑料已经成为环境中重要的污染物，一旦进入水体中会浸出多种污染物，如何从这些污染物中筛查出主要毒性物质是需要解决的一个关键科学问题。本研究室利用以有害结局路径（AOP）为导向的分析方法揭示了轮胎浸出液中对斑马鱼造成毒性效应的主要污染物。
首先将基于环境浓度的轮胎浸出液暴露于斑马鱼胚胎仔鱼，形态学和行为学分析表明，斑马鱼眼睛损伤和趋光性异常是主要的有害结局（AO）；对眼睛进行组织病理学检查发现感光细胞的减少造成了视网膜外核层和色素上皮层厚度变薄，感光细胞分化过程受到抑制；利用转录组和代谢组联合分析的方法揭示了轮胎浸出液暴露主要对光传导和神经系统造成损伤，甲状腺系统在调控感光细胞增殖分化过程中起到重要作用，其中对甲状腺过氧化物酶（TPO）活性的抑制是重要的分子起始事件（MIE）之一，以此构建了轮胎浸出液对斑马鱼眼睛损伤的AOP。
图1 轮胎浸出液对斑马鱼胚胎仔鱼眼睛发育损伤的有害结局路径（AOP）
进一步，为了筛查轮胎浸出液中造成斑马鱼眼睛损伤的主要污染物，首先利用高分辨质谱共鉴定出轮胎浸出液中42种主要污染物；基于AOP中的MIE，通过图神经网络模型和分子对接模拟，最终锁定了MBT是主要的TPO抑制剂；并通过体内试验验证了高通量筛查方法的准确性，解析了MBT暴露对斑马鱼眼睛损伤的毒性分子机制，证明了MBT在环境浓度下就可以对斑马鱼的眼睛造成明显损伤。
另外，已有文章指出轮胎浸出液中的新型污染物6PPD也具有甲状腺干扰效应，从关键事件（KEs）出发，通过分子对接模拟和体外细胞测试发现6PPD及其光解产物6PPDQ均可以干扰甲状腺受体（TR）的活性，是潜在的TR拮抗剂。通过体内暴露实验和因果关系验证发现，6PPD而非6PPDQ可以作为TR拮抗剂，通过降低视蛋白丰度，抑制锥体感光细胞增殖，从而改变视网膜层结构，最终导致斑马鱼形成小眼症。通过以上工作，我们确定了轮胎浸出液中的MBT和6PPD是造成斑马鱼眼睛损伤的主要毒性物质，并解析了毒性作用的AOP。
图2 轮胎浸出液中对斑马鱼胚胎仔鱼造成眼睛发育损伤的主要污染物筛查
以上工作通过高内涵方法构建复合污染物的AOP，不仅可以精准评估复合污染的分子机制，而且可以通过AOP中的MIE和KEs，利用高通量技术筛查主要的毒性物质，为复合污染物中的主要毒性物质筛查提供了新的思路，服务于新污染物筛查和治理的需求。
相关研究成果发表于Environment International, Journal of Hazardous Materials 和Environmental Science & Technology。以上系列研究工作的第一作者是本研究室的常静助理研究员，并得到了王子健研究员和万斌副研究员的指导。相关论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023003264
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424010409?via%3Dihub
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c11264
化学品环境风险评估研究室
2024年12月11日