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化學(xué)品與日常生活息息相關(guān)，市場上流通的化學(xué)品種類繁多，數(shù)量龐大。具有持久性（Persistence）、生物積累性（Bioaccumulation）與毒性（Toxicity）特征的化學(xué)品潛在威脅人體健康與生態(tài)環(huán)境，故此有必要篩選識別水環(huán)境中有高富集能力和高風(fēng)險(xiǎn)化學(xué)品。目前，關(guān)于化學(xué)品生物富集性的研究多聚焦于疏水性有機(jī)化合物，而對于商用化學(xué)品中占比龐大的離子型化合物卻缺乏關(guān)注。離子型化合物在生物體內(nèi)的分配不僅與化合物在脂質(zhì)中的分配有關(guān)，還與它們和其他生物大分子（如蛋白質(zhì)等）的結(jié)合行為密切相關(guān)。傳統(tǒng)針對疏水性化合物構(gòu)建的QSAR模型往往難以準(zhǔn)確預(yù)測離子型化合物的生物富集性。

暨南大學(xué)游靜教授團(tuán)隊(duì)選取8種理化性質(zhì)各異的小分子藥物為代表，以斑馬魚為模式生物，開展毒代動(dòng)力學(xué)測試，探究了離子型化合物在斑馬魚胚胎中的吸收、消除與生物富集行為，以“交叉參照”的方式引入人體藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)─表觀分布容積（VD），構(gòu)建并驗(yàn)證了斑馬魚胚胎中離子型化合物的生物富集預(yù)測模型。2022年7月27日，該研究以“Human Apparent Volume of Distribution Predicts Bioaccumulation of Ionizable Organic Chemicals in Zebrafish Embryos”為題在線發(fā)表于Environmental Science & Technology。

該研究顯示在環(huán)境相關(guān)pH條件（pH=7.5）下，盡管大部分離子型化合物主要以離子態(tài)存在于暴露介質(zhì)中，但其在斑馬魚胚胎中表現(xiàn)出快速吸收與快速消除，說明離子型化合物在離子態(tài)仍可被生物體利用。整體而言，目標(biāo)化合物在斑馬魚胚胎中的生物富集潛力較低，生物富集因子（BCF）范圍為0.0530?250 L/kg 濕重。進(jìn)一步通過分析目標(biāo)離子型化合物的理化性質(zhì)與BCF之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，人體藥代動(dòng)力學(xué)參數(shù)VD與BCF呈顯著相關(guān)關(guān)系，顯示了基于生物學(xué)的“交叉參照”方法具備有效性。此外，通過對比不同參數(shù)（表觀辛醇-水分配系數(shù)Dow、表觀脂質(zhì)體-水分配系數(shù)Dlip-w、VD）構(gòu)建的回歸模型發(fā)現(xiàn)，VD回歸模型更佳，說明VD比常規(guī)使用的疏水性參數(shù)Dow更適用于預(yù)測離子型化合物的BCF（圖1）。對所構(gòu)建的預(yù)測模型進(jìn)行驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，VD回歸模型、Dow與VD多元回歸模型對離子型化合物BCF的預(yù)測準(zhǔn)確度均高于Dow回歸模型（圖2）。該研究可加強(qiáng)對離子型化合物生物富集行為的理解，對離子型化合物的生物富集預(yù)測建模具有促進(jìn)作用。

圖1 目標(biāo)離子型化合物的log BCF與log K、logow Dow、log Dlip-w及l(fā)og VD的一元線性回歸關(guān)系圖

圖2 4種不同參數(shù)模型（log Dow、log Dlip-w、log VD、log VD與log Dow）的預(yù)測log BCF與實(shí)測log BCF關(guān)系圖

暨南大學(xué)環(huán)境學(xué)院游靜教授和美國貝勒大學(xué)Bryan W. Brooks教授為論文通訊作者，暨南大學(xué)環(huán)境學(xué)院碩士研究生張玲為論文第一作者，暨南大學(xué)李慧珍副教授、碩士研究生劉芬、周志敏參與了該研究工作。據(jù)悉，該研究涉及的突變斑馬魚品系，將保藏至國家水生生物種質(zhì)資源庫國家斑馬魚資源中心。