仝天衡，楊慧婷，陳輝輝，梁雪芳,*，谷孝鴻

1. 內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古自治區(qū)環(huán)境污染控制與廢物資源化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010021 2. 中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008

紫外吸收劑是一類具有紫外光吸收功能的有機(jī)化合物，主要吸收UVA(320～400 nm)和UVB(280～320 nm)波長(zhǎng)段，廣泛用于塑料等工業(yè)材料和化妝品等個(gè)人護(hù)理品，以防止光誘導(dǎo)的降解或保護(hù)人體皮膚免受輻射[1]。紫外吸收劑按照用途可分為紫外光穩(wěn)定劑(UV stabilizer, UVS)和紫外光過(guò)濾劑(UV filter, UVF)，分別作為工業(yè)材料和個(gè)人護(hù)理品中的添加劑。目前常用的紫外吸收劑可分為二苯甲酮類、苯并三唑類、樟腦衍生物類、對(duì)氨基苯甲酸類、肉桂酸酯類和水楊酸酯類等(圖1)[2]。本文主要介紹二苯甲酮類和苯并三唑類紫外吸收劑(文中關(guān)于化合物的相關(guān)信息見(jiàn)圖1和表1)。

紫外吸收劑屬大量生產(chǎn)及使用的一類化合物。2013年全球光穩(wěn)定劑(主要是受阻胺類光穩(wěn)定劑和紫外吸收劑)的總消費(fèi)量和總產(chǎn)量約5.5萬(wàn)t，其中美國(guó)消費(fèi)量占全球總消費(fèi)量的20%，歐洲占25%，我國(guó)占15%，日本占8%。二苯甲酮類和苯并三唑類分別占我國(guó)光穩(wěn)定劑總消費(fèi)量的23%和17%[3]。隨著大量使用，紫外吸收劑已經(jīng)在地下水[4]、河流[5-6]、湖泊[7-8]、海洋[9]、沉積物[1,10-11]、污水[12]、污泥[5]和室內(nèi)塵埃[13]等多種環(huán)境介質(zhì)中檢出。大量研究表明，紫外吸收劑可在生物體內(nèi)富集并沿食物鏈生物放大[14-15]，且具有遺傳毒性[16]、生殖發(fā)育毒性[8,17]和內(nèi)分泌干擾毒性[18-19]等效應(yīng)，已成為一類新型污染物。由于高度親脂性[2]，水環(huán)境中紫外吸收劑易聚集在沉積物中，因此，相對(duì)于其他上層水生生物，底棲動(dòng)物更容易受到暴露。另外，湖泊作為紫外吸收劑重要的受納水體，由于流動(dòng)性較差，且與外界交換較少，容易導(dǎo)致污染物聚集。因此，本文以湖泊為研究對(duì)象，重點(diǎn)介紹紫外吸收劑在湖泊環(huán)境中的分布及其對(duì)底棲動(dòng)物的毒性效應(yīng)。

表1 化合物縮寫釋義補(bǔ)充Table 1 Supplementary explanation of compound abbreviation

圖1 典型紫外吸收劑的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)特性Fig. 1 Structure and physicochemical characteristics of most frequently detected UV absorbers

1 紫外吸收劑在湖泊中的分布(The distribution of UV absorbers in the lake environment)

由于環(huán)境介質(zhì)中紫外吸收劑的濃度相對(duì)較低(ng·L-1～μg·L-1水平)，且為避免環(huán)境樣品中復(fù)雜基質(zhì)的影響，提高分析精度，通常需要在測(cè)定前對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，以便進(jìn)行后續(xù)分析。目前針對(duì)水樣中紫外吸收劑的前處理方法主要有固相萃取(solid-phase extraction, SPE)[12,20]、固相微萃取(solid-phase microextraction, SPME)[21]和液-液萃取(liquid-liquid extraction, LLE)[6]等。常用的測(cè)定方法主要包括氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)[22-23]、液相色譜/高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(LC/HPLC-MS/MS)[20,24-25]等。隨著分析方法的優(yōu)化，目前測(cè)定紫外吸收劑的檢測(cè)限可降低至0.1～0.5 ng·L-1(或ng·g-1)[11,26]，使得這類化合物近年來(lái)在環(huán)境中不斷檢出。

1.1 湖泊環(huán)境中紫外吸收劑的濃度

由于紫外吸收劑結(jié)構(gòu)等不同，所以親脂性有差異，故其在環(huán)境中的分布也有一定差異性。在討論有機(jī)污染物在不同環(huán)境介質(zhì)(水、沉積物或脂肪)中的分布時(shí)，常用正辛醇-水分配系數(shù)(octanol-water partioning coefficient,Kow)作為其分配平衡時(shí)的參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)logKow>4時(shí)，可認(rèn)為紫外吸收劑具有較高的親脂性[27]。二苯甲酮類紫外吸收劑(如：BP-1)的logKow值較小，在水中溶解度高，故在湖泊水體中檢出率較高。苯并三唑類紫外吸收劑(如：UV-329)有較高的logKow值，在水中的溶解度很低，故在水中不易被檢出，但在土壤/沉積物中檢測(cè)率較高。

國(guó)內(nèi)關(guān)于湖泊中紫外吸收劑的研究非常有限，大部分研究集中于河流(如：珠江流域[2]、黃浦江[28])、海洋[9]及市政污水[5]。根據(jù)已有報(bào)道，紫外吸收劑在湖泊水體中的濃度大約在ng·L-1～μg·L-1，其中，BP-3、OC和4-MBC的檢出率較高，最高濃度均達(dá)到μg·L-1級(jí)別(表2)。如Haunschmidt等[29]通過(guò)實(shí)時(shí)質(zhì)譜(direct analysis in real-time mass spectrometry, DART-MS)和熱解析-氣相-質(zhì)譜法(thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry, TD-GC-MS)2種方法對(duì)某湖泊水體中8種紫外吸收劑進(jìn)行研究，均可檢測(cè)到BP-3和OC，其中OC的濃度分別達(dá)到1 400 ng·L-1和1 710 ng·L-1。另外，德國(guó)Cospuden湖水樣中檢測(cè)到的紫外吸收劑中，IAMC、4-MBC、OC和OD-PABA的濃度均達(dá)到μg·L-1(1.14～3.05 μg·L-1)級(jí)[30-31]。研究表明，市政污水及生活污水的直接排放是湖泊水環(huán)境中紫外吸收劑的主要來(lái)源。Ma等[26]對(duì)南京玄武湖、秦淮河和長(zhǎng)江等水體中8種紫外吸收劑的濃度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)BM-DBM、OD-PABA、BP-3、BP-4和BP-1的檢出率為100%，EHMC、HMS和4-MBC的檢出率分別為94.7%、78.9%和21.3%；其中，BP-4濃度最高，為329 ng·L-1，其他化合物的平均濃度在0.764～11.6 ng·L-1之間，且通過(guò)不同采樣點(diǎn)水樣中化合物濃度比較發(fā)現(xiàn)，湖泊入河口及污水排放匯流處下游的紫外吸收劑濃度均高于其他采樣點(diǎn)。韓雪等[27]對(duì)巢湖入湖河流中12種紫外吸收劑含量進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)位于污水處理廠下游水體中有機(jī)紫外吸收劑總含量普遍高于污水處理廠上游，流經(jīng)人口密集區(qū)的河段中污染物總含量明顯高于偏遠(yuǎn)地區(qū)。Balmer等[12]通過(guò)對(duì)瑞士4個(gè)湖泊紫外吸收劑濃度的比較，同樣得出人類活動(dòng)對(duì)紫外吸收劑濃度有直接影響。

而對(duì)于天然湖泊或受人類活動(dòng)影響較小的湖泊水體，紫外吸收劑的濃度相對(duì)較低(6.8 ng·g-1dw)，其中OC的最高濃度達(dá)到642 ng·g-1dw (表2)。Kaiser等[11]利用GC-MS測(cè)定了德國(guó)萊茵河周邊10個(gè)湖泊沉積物中的紫外吸收劑，其中BM-DBM、EHMC和OC的檢出率達(dá)100%，且最大濃度分別為62.2、6.8和642 ng·g-1dw。Rodil和Moeder[32]檢測(cè)了德國(guó)萊比錫市周邊Cospuden湖、Bagger湖和1個(gè)圖林根(Pr??dorf)的湖泊的沉積物樣品中8種紫外吸收劑的濃度，發(fā)現(xiàn)只有EHMC(21 ng·g-1dw、14 ng·g-1dw和34 ng·g-1dw)和OC(61 ng·g-1dw、63 ng·g-1dw和93 ng·g-1dw)被檢出。

1.2 湖泊底棲動(dòng)物體內(nèi)紫外吸收劑的濃度

底棲動(dòng)物具有分布廣、活動(dòng)性低的特點(diǎn)，與其他湖泊水生生物相比，因其對(duì)污染物敏感度更高且活動(dòng)區(qū)域固定，可直接反映水體受污染程度而備受關(guān)注[37]。湖泊環(huán)境中常見(jiàn)的底棲動(dòng)物有搖蚊幼蟲(如：中國(guó)長(zhǎng)足搖蚊(Tanypuschinensis)、花翅前突搖蚊(Procladiuschoreus)，寡毛類(如：蘇氏尾鰓蚓(Branchiurasowerbyi)、霍夫水絲蚓(Limnodrilushoffmeisteri))，腹足類(如：銅銹環(huán)棱螺(Bellamyaaeruginosa)、紋沼螺(Parafossarulusstriatulus))，雙殼類(如：背角無(wú)齒蚌(Anodontawoodiana)、河蜆(Corbiculafluminea))等[38]。

大量研究表明，紫外線吸收劑的親脂性較強(qiáng)，如大部分苯并三唑類紫外光穩(wěn)定劑(benzotriazole UV stabilizers, BUVSs)的logKow>6，因此這類物質(zhì)極易在生物體內(nèi)富集。目前，紫外吸收劑已在無(wú)脊椎動(dòng)物、魚類、海洋哺乳類動(dòng)物以及鳥(niǎo)類等多種生物體內(nèi)檢出[39-40]。如Balmer等[12]對(duì)瑞士Zürichsee、Greifensee和Hüttnersee湖中湖擬鯉(Rutilusrutilus)體內(nèi)的4-MBC進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)4-MBC在魚體內(nèi)的濃度(44～166 ng·g-1脂重(lipid weight, lw))顯著高于其在水中的濃度(2～40 ng·L-1)。

相對(duì)于上層水生生物，底棲動(dòng)物由于長(zhǎng)期生活在紫外吸收劑濃度相對(duì)更高的底泥中，可能受到的暴露風(fēng)險(xiǎn)更高。然而目前，關(guān)于紫外吸收劑在底棲動(dòng)物中富集的報(bào)道相對(duì)較少，其中主要集中于雙殼類(表3)。Fent等[15]分析了瑞士Glatt河及Greifen湖流域中9種紫外吸收劑的分布，發(fā)現(xiàn)BP-3、4-MBC和EHMC是檢出率最高的化合物，濃度為6～68 ng·L-1，其中EHMC在大型無(wú)脊椎動(dòng)物和魚類體內(nèi)的濃度達(dá)337 ng·g-1lw，在斑馬貽貝(Dreissenapolymorpha)和鉤蝦(Gammarussp.)體內(nèi)的濃度在22～150 ng·g-1lw之間。另外，Bachelot等[41]在法國(guó)沿海地區(qū)的藍(lán)貽貝(Mytilusedulis)和紫貽貝(Mytilusgalloprovincialis)體內(nèi)也檢測(cè)到EHMC，濃度范圍在3～256 ng·g-1dw之間。Picot Groz等[42]在葡萄牙海岸的紫貽貝組織中，檢測(cè)到OC、EHMC和OD-PABA的最高濃度分別為3 992、1 765和833 ng·g-1dw。Nakata等[9]在對(duì)亞太地區(qū)沿海水域中綠貽貝(Pernaviridis)和藍(lán)貽貝體內(nèi)BUVSs的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，UV-326和UV-328是最主要的污染物，最高濃度分別達(dá)到1 500和830 ng·g-1lw。此外，研究表明這類物質(zhì)容易在魚類的肝臟和肌肉組織中富集[43]。如Buser等[44]在瑞士7條河流的褐鱒魚(brown trout,Salmotruttafario)的肌肉組織中均檢測(cè)到4-MBC和OC，最高濃度分別高達(dá)1 800和2 400 ng·g-1lw。然而關(guān)于紫外吸收劑在底棲動(dòng)物不同組織中的分布、富集尚不清晰，今后應(yīng)開(kāi)展相應(yīng)研究，以進(jìn)一步闡明該類化合物在底棲動(dòng)物不同組織中的富集規(guī)律。

表2 湖泊水體和沉積物中紫外吸收劑的分析方法和濃度Table 2 Analytical methods and concentrations of UV absorbers in lake waters and sediments

注：LOD表示檢測(cè)限，LOQ表示定量限，“-”表示數(shù)據(jù)未提供，LOD表示可檢出但無(wú)法定量。SPE為固相萃取，IL-DLLME為離子液體-分散液液微萃取，DLLME為分散液液微萃取，HS-SPME為頂空固相微萃取，SBSE為攪拌棒吸附萃取，MEPS為填充吸著劑微萃取，MALLE為膜輔助液液萃取，LLE為液液萃取，UE為超聲萃取，PLE為加壓液相萃取。HPLC-MS/MS表示高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法，HPLC-UV表示高效液相色譜-紫外檢測(cè)法，HPLC-DAD表示高效液相色譜-二極管陣列檢測(cè)法，GC-MS表示氣相色譜-質(zhì)譜法，DART-MS表示實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜，TD-GC-MS表示熱脫附-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，PTV-GC-MS/MS表示程序升溫汽化-氣相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜法，LC-APPI-MS/MS表示液相色譜-大氣壓光離子質(zhì)譜法。水樣中濃度單位為ng·L-1，沉積物中濃度單位為ng·g-1dw。

Note: LOD stands for limits of detection; LOQ stands for limits of quantification; “-” stands for data not provided; LOD means data detected but non-quantified. SPE stands for solid phase extraction; IL-DLLME stands for ionic liquid-dispersive liquid-liquid microextraction; DLLME stands for dispersive liquid-liquid microextraction; HS-SPME stands for headspace solid-phase microextraction; SBSE stands for stir bar sorption extraction; MEPS stands for microextraction by packed sorbent; MALLE stands for membrane-assisted liquid-liquid extraction; LLE stands for liquid-liquid extraction; UE stands for ultrasonic extraction; PLE stands for pressurised-liquid extraction. HPLC-MS/MS stands for high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry; HPLC-UV stands for high performance liquid chromatography-ultraviolet; HPLC-DAD stands for high performance liquid chromatography-diode array detector; GC-MS stands for gas chromatography-mass spectrometry; DART-MS stands for direct analysis in real time-mass spectrometry; TD-GC-MS stands for thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry; PTV-GC-MS stands for programmed temperature vaporization sampling technology-gas chromatography-mass spectrometry; LC-APPI-MS/MS stands for liquid chromatography-atmospheric pressure photoionization-tandem mass spectrometry. Unit for waters is ng·L-1, while for sediment is ng·g-1dw.

2 紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的毒性效應(yīng)(The toxicological effects of UV absorbers on benthic animals)

隨著紫外吸收劑在水體和水生生物體內(nèi)不斷檢出，該類化合物潛在的健康效應(yīng)和生態(tài)毒理效應(yīng)引起了廣泛的關(guān)注。相對(duì)于魚類等其他水生生物，紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的毒性研究十分有限，目前大部分工作以搖蚊幼蟲為研究對(duì)象，已有研究表明，該類物質(zhì)可干擾底棲動(dòng)物的抗氧化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)，影響幼體的生長(zhǎng)和發(fā)育。

2.1 急性毒性研究

根據(jù)已有報(bào)道，紫外吸收劑對(duì)水生生物的急性毒性在mg·L-1水平。Kim等[45]報(bào)道了9種BUVSs(UV-9、UV-234、UV-320、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329、UV-571和UV-360)對(duì)大型溞(Daphniamagna)的急性毒性，其中UV-571的24 h-LC50和48 h-LC50分別為6.35和2.59 mg·L-1，其余BUVSs的LC50值均大于10 mg·L-1。Li[46]對(duì)14種二苯甲酮類紫外吸收劑對(duì)日本三角渦蟲(Dugesiajaponica)的急性毒性進(jìn)行了測(cè)試，得出其48 h-LC50為0.9～145 mg·L-1，96 h-LC50為0.5～77 mg·L-1，其中BP-3毒性最高。Du等[47]分析了BP-3和BP-4對(duì)小球藻(Chlorellavulgaris)、大型溞(D.magna)和斑馬魚(Brachydaniorerio)的急性毒性，得到BP-3和BP-4對(duì)小球藻的96 h-EC50值分別為2.98和201 mg·L-1；BP-3和BP-4對(duì)大型溞的48 h-LC50分別為1.09和47.47 mg·L-1；BP-3和BP-4對(duì)斑馬魚的96 h-LC50分別為3.89和633.00 mg·L-1。

相對(duì)于魚類、大型溞等，目前關(guān)于紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的毒性研究十分有限，已有研究集中于搖蚊幼蟲(Chironomusriparius)，此外霍夫水絲蚓(L.hoffmeisteri)和蘿卜螺(Radixauricularia)等底棲動(dòng)物也開(kāi)始受到關(guān)注(表4)。4-MBC、EHMC、OD-PABA、OC、4HB和BP-3對(duì)搖蚊四齡幼蟲的96 h急性暴露實(shí)驗(yàn)中，BP-3的急性毒性最高，其LC50為1.709 mg·L-1；OC的急性毒性最低，LC50為95.9 mg·L-1[48-49]。而在聯(lián)合暴露時(shí)，紫外吸收劑的毒性與單一化合物暴露時(shí)有所差別，表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗效應(yīng)。如Ozáez等[48]研究二元混合物對(duì)搖蚊幼蟲的急性毒性時(shí)發(fā)現(xiàn)，4-MBC和BP-3/EHMC聯(lián)合暴露時(shí)的96 h-LC50值較各化合物單獨(dú)暴露時(shí)大，表明聯(lián)合暴露后，化合物對(duì)搖蚊幼蟲的毒性作用減小，化合物之間具有拮抗作用。

表3 紫外吸收劑在底棲動(dòng)物體內(nèi)的濃度Table 3 Concentrations of UV absorbers in benthic animals

注：dw表示干重，lw表示脂重，ww表示濕重；

Note: dw stands for dry weight; lw stands for lipid weight; ww stands for wet weight;

2.2 亞急性及慢性毒性研究

盡管紫外吸收劑對(duì)水生生物的急性毒性較低，但國(guó)內(nèi)外學(xué)者在紫外吸收劑對(duì)水生生物的分子效應(yīng)及酶活等生理生化的影響方面開(kāi)展了大量研究，表明其具有亞急性及慢性毒性效應(yīng)，且主要作用于抗氧化系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)。目前關(guān)于紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的報(bào)道較少，已有研究多集中于對(duì)搖蚊幼蟲的研究(表5)。此外，帶絲蚓(Lumbriculusvariegatus)、淡水螺(Potamopyrgusantipodarum)等底棲動(dòng)物開(kāi)始受到關(guān)注。

2.2.1 對(duì)藥物代謝系統(tǒng)的影響

根據(jù)已有報(bào)道，在無(wú)脊椎生物的代謝過(guò)程中，胰島素途徑調(diào)節(jié)脂質(zhì)和碳水化合物的儲(chǔ)存，在類固醇合成和藥物代謝等方面起著重要作用[57-58]。Ozáez等[54]將搖蚊幼蟲和胚胎暴露于BP-3和4-MBC中，發(fā)現(xiàn)2種化合物均可干擾荷爾蒙受體相關(guān)基因的表達(dá)，而只有BP-3改變了胰島素樣受體基因(insulin-like receptor,insr)的mRNA水平，說(shuō)明BP-3在代謝過(guò)程中很可能通過(guò)干擾胰島素代謝途徑影響搖蚊幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育。另外，在藥物代謝系統(tǒng)中，細(xì)胞色素P450酶(cytochrome P450, Cyp450)發(fā)揮著重要的作用。Cyp450廣泛存在于各組織器官中，主要參與代謝外源性物質(zhì)以及內(nèi)源性生理化合物在體內(nèi)的氧化、還原和水解等3種I相反應(yīng)，從而參與內(nèi)分泌代謝和其他代謝過(guò)程[51,59]。Martinez-Guitarte[51]分析了搖蚊幼蟲在4-MBC或BP-3暴露下4種不同的cyp450基因(cyp4d2、cyp6b7、cyp9f2和cyp12a2)的表達(dá)，結(jié)果顯示，低濃度4-MBC(0.1 mg·L-1)暴露24 h后cyp9f2顯著下調(diào)，而1 mg·L-14-MBC暴露24 h后，所有cyp450s的mRNA水平均被顯著抑制；BP-3對(duì)這些基因的轉(zhuǎn)錄活性并未產(chǎn)生顯著影響，這些結(jié)果說(shuō)明，4-MBC很可能通過(guò)影響cyp450的表達(dá)，干擾細(xì)胞對(duì)化學(xué)應(yīng)激的反應(yīng)能力及其在細(xì)胞內(nèi)的生物代謝過(guò)程，從而對(duì)生物體產(chǎn)生不利影響。

表4 紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的急性毒性Table 4 Acute toxicity of UV absorbers to benthic animals

注：“-”表示數(shù)據(jù)未提供。

Note: “-” stands for data not provided.

表5 紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的毒性效應(yīng)研究Table 5 Toxicological effects of UV absorbers on benthic animals

此外，紫外吸收劑由于其結(jié)構(gòu)差異，經(jīng)生物體代謝其毒性可能被抑制或活化。Molina-Molina等[18]通過(guò)檢測(cè)4種二苯甲酮類紫外吸收劑對(duì)雌激素受體的轉(zhuǎn)錄激活作用，發(fā)現(xiàn)BP-3的半數(shù)有效濃度(EC50)高于其代謝產(chǎn)物BP-1和BP-2，說(shuō)明BP-3經(jīng)代謝后毒性降低。Zhuang等[19]報(bào)道了BUVSs經(jīng)CYP3A4酶代謝后抗雄激素活性發(fā)生變化，其中UV-328經(jīng)CYP3A4酶代謝后抗雄激素活性顯著提高，而UV-P經(jīng)代謝后抗雄激素活性降低。因此，不同結(jié)構(gòu)的紫外吸收劑的毒性效應(yīng)和作用機(jī)制很可能與其代謝特征相關(guān)。

2.2.2 影響抗氧化系統(tǒng)

生物體在受到外界污染物刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致生物體內(nèi)活性氧(reactive oxygen species, ROS)等自由基的增加或形成，當(dāng)自由基過(guò)量時(shí)會(huì)導(dǎo)致氧化脅迫和氧化損傷[60]。而抗氧化酶系統(tǒng)在氧化應(yīng)激時(shí)起著關(guān)鍵作用，生物體內(nèi)主要的抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、過(guò)氧化氫酶(catalase, CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(glutathione peroxidase, GPx)、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase, GST)和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase, GR)[37]。這些抗氧化酶相互協(xié)調(diào)，維持著機(jī)體氧化和抗氧化平衡。其中SOD可以通過(guò)催化ROS和H+的反應(yīng)將活性氧轉(zhuǎn)化為H2O2和H2O，產(chǎn)生的H2O2在CAT的作用下經(jīng)兩步氧化還原反應(yīng)生成H2O和O2，而使生物體免受氧化損傷的危害。當(dāng)污染物進(jìn)入生物體中，會(huì)和機(jī)體解毒酶(如GST)結(jié)合進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，而在解毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量氧自由基，谷胱甘肽(glutathione, GSH)及其相關(guān)酶則通過(guò)與還原型輔酶Ⅱ(NADPH)共同作用，將有毒的過(guò)氧化物還原成羥基化合物或通過(guò)結(jié)合反應(yīng)將活化的中間產(chǎn)物代謝解毒，防止細(xì)胞膜等生物組織受到氧化損傷[61]。Campos等[52]將搖蚊四齡幼蟲分別暴露于0.25～25 mg·L-1BP-3、4-MBC和OC 48 h后，對(duì)抗氧化系統(tǒng)相關(guān)酶的活性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明，在4-MBC暴露下，CAT活性降低，GST活性增加，而在OC暴露下?lián)u蚊幼蟲體內(nèi)的總谷胱甘肽水平增加。Martinez-Guitarte[51]將搖蚊四齡幼蟲在4-MBC和BP-3暴露8 h和24 h后，對(duì)GST相關(guān)基因(gstd3、gstd6、gste1、gsto1和gstt1)的mRNA水平進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果顯示，gsto1在0.1 mg·L-14-MBC暴露24 h后顯著下調(diào)，而在0.1 mg·L-1BP-3暴露8 h后，gstd3和gste1顯著上調(diào)。這些結(jié)果表明紫外吸收劑可在基因和酶活水平上引起搖蚊幼蟲的氧化應(yīng)激。

在氧化應(yīng)激反應(yīng)中，熱休克蛋白(heat shock proteins, Hsp)作為分子伴侶，有助于新生蛋白的正確折疊，防止蛋白質(zhì)聚集和變性[62]，從而保護(hù)細(xì)胞蛋白質(zhì)，此外研究發(fā)現(xiàn)其在免疫防御中也起著重要作用[63]。Hsp70是氧化應(yīng)激反應(yīng)中研究最多的熱休克蛋白之一，已經(jīng)證明多種紫外吸收劑(4-MBC、OD-PABA、OC、EHMC和BP-3)可以改變hsp70的mRNA水平[48,53]。例如：Ozáez等[49]將搖蚊受精卵暴露于0.1～100 mg·L-1的4-MBC、EHMC、4HB、OC和OD-PABA中24 h，發(fā)現(xiàn)4-MBC、OD-PABA和OC觸發(fā)hsp70應(yīng)激基因的轉(zhuǎn)錄激活，出現(xiàn)顯著上調(diào)。另外，Ozáez等[48]用幾種紫外吸收劑對(duì)搖蚊幼蟲進(jìn)行聯(lián)合暴露，發(fā)現(xiàn)4-MBC與BP-3或EHMC聯(lián)合暴露時(shí)，hsp70 mRNA水平較4-MBC單一暴露時(shí)高，表明4-MBC和BP-3/EHMC對(duì)搖蚊幼蟲hsp70基因轉(zhuǎn)錄活性的影響具有協(xié)同作用。

2.2.3 生長(zhǎng)發(fā)育毒性

研究表明，紫外吸收劑會(huì)影響底棲動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育，已有的毒性研究多集中于搖蚊幼蟲。在搖蚊幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，蛻皮激素(20-hydroxyecdysone, 20E)和保幼激素(juvenile hormone, JH)滴度隨著發(fā)育階段的不同發(fā)生變化，20E誘導(dǎo)搖蚊幼蟲的蛻皮變態(tài)，而JH控制蛻皮的性質(zhì)與方向，2種激素相互作用，共同調(diào)節(jié)幼蟲的生長(zhǎng)、發(fā)育、蛻皮及變態(tài)[64-65]。研究發(fā)現(xiàn)，保幼激素受體(Methoprene-tolerant, Met)是JH的細(xì)胞內(nèi)受體[54]，受體Met與JH結(jié)合后形成JH應(yīng)答元件(JH response element, JHRE)，進(jìn)而激活下游kr-h1(Kruppel homolog)等基因的表達(dá)[64]，調(diào)控?fù)u蚊幼蟲的生長(zhǎng)發(fā)育(圖2)。

圖2 蛻皮激素(20E)和保幼激素(JH)在搖蚊幼蟲發(fā)育調(diào)控中的分子機(jī)制注：EcR表示蛻皮激素受體，USP表示超氣門蛋白。Fig. 2 The molecular mechanisms underlying the action of 20-hydroxyecdysone (20E) and juvenile hormone (JH) in regulating C. riparius larva development Note: EcR stands for ecdysone receptor; USP stands for ultraspiracle.

蛻皮激素受體(ecdysone receptor, EcR)是在無(wú)脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的配體依賴性核轉(zhuǎn)錄因子[66-67]，屬核受體(nuclear receptor, NR)超家族的成員，并且是配體誘導(dǎo)型核轉(zhuǎn)錄因子[66]。在搖蚊幼蟲的蛻皮變態(tài)過(guò)程中，20E與EcR結(jié)合后，需要先與超氣門蛋白(ultraspiracle, USP)形成非共價(jià)異二聚體，然后選擇性結(jié)合20E應(yīng)答元件(20E response element, EcRE)，進(jìn)而調(diào)節(jié)早期轉(zhuǎn)錄因子(如：BR-C、E74和E75等)及蛻皮與變態(tài)相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控?fù)u蚊幼蟲的蛻皮變態(tài)[64,68](圖2)。

已有研究表明，紫外吸收劑BP-3、4-MBC、EHMC和OD-PABA等均可干擾EcR基因的表達(dá)。Ozáez等[55]發(fā)現(xiàn)搖蚊幼蟲在0.1～10 mg·L-1的4-MBC、EHMC或OD-PABA中暴露24 h后，EcR基因顯著上調(diào)，呈顯著的劑量-效應(yīng)關(guān)系。Ozáez等[54]將搖蚊胚胎分別暴露于0.1和1 mg·L-14-MBC和BP-3中，發(fā)現(xiàn)在所有暴露組中met基因表達(dá)均顯著增加，搖蚊幼蟲在相同條件下暴露，只有1 mg·L-1BP-3暴露下met基因表達(dá)受到影響，表現(xiàn)為增加；將搖蚊幼蟲暴露于10 mg·L-14-MBC和BP-3，發(fā)現(xiàn)met基因均顯著增加。Ozáez等[49]將搖蚊胚胎和幼蟲分別暴露于1 mg·L-1的4-MBC、EHMC、4HB、OC和OD-PABA中，發(fā)現(xiàn)所有化合物對(duì)胚胎EcR的轉(zhuǎn)錄均有影響，暴露24 h后，EcRmRNA水平比對(duì)照高2～6倍；而在幼蟲中，只有4-MBC、EHMC和OD-PABA上調(diào)了EcR基因，這些結(jié)果表明胚胎對(duì)紫外吸收劑的暴露較幼蟲更敏感。

紫外吸收劑可通過(guò)干擾搖蚊荷爾蒙受體通路中EcR及其相關(guān)基因的表達(dá)影響其生長(zhǎng)發(fā)育。Ozáez等[17]將搖蚊胚胎暴露于BP-3(4×10-6mol·L-1)，發(fā)現(xiàn)暴露12 h后，EcR的表達(dá)量增加了15倍，同時(shí)，BP-3暴露24 h后，E74蛻皮激素-早期響應(yīng)基因的mRNA水平增加約4倍。而EcR和E74的上調(diào)導(dǎo)致了搖蚊胚胎孵化延遲。Campos等[52]將搖蚊一齡幼蟲分別暴露于0.25～25 mg·kg-1的BP-3、4-MBC和OC中，發(fā)現(xiàn)3種化合物均影響了搖蚊幼蟲的生長(zhǎng)，引起發(fā)育遲緩和成蟲體重減少等發(fā)育毒性效應(yīng)。另外，Schmitt等[56]將帶絲蚓和淡水螺分別暴露于0.08～50 mg·kg-1的3-BC或4-MBC中，發(fā)現(xiàn)帶絲蚓在高濃度3-BC和4-MBC暴露28 d后繁殖率均降低；淡水螺在3-BC和4-MBC暴露56 d后，所有暴露濃度組無(wú)殼胚胎數(shù)量均顯著增加，但是死亡率僅在最高暴露濃度組增加。

3 展望(Future prospects)

(1)目前，關(guān)于紫外吸收劑對(duì)底棲動(dòng)物的毒性效應(yīng)研究十分有限，尤其是苯并三唑類紫外吸收劑，且大部分研究以搖蚊作為模式生物，而針對(duì)河蜆等雙殼類底棲動(dòng)物的毒性研究未見(jiàn)報(bào)道，亟待開(kāi)展。

(2)關(guān)于紫外吸收劑在底棲動(dòng)物中的吸收、富集和代謝模式尚不清晰，尤其是不同結(jié)構(gòu)的化合物經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后，其毒性的變化及其對(duì)生物的表型效應(yīng)之間的關(guān)系仍不明確，今后應(yīng)開(kāi)展相應(yīng)研究，以進(jìn)一步闡明該類化合物的毒性效應(yīng)及其作用機(jī)制。

(3)紫外吸收劑的生態(tài)毒理效應(yīng)及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)剛剛起步，目前的研究仍集中于環(huán)境濃度分析及有限的毒性效應(yīng)研究，而針對(duì)該類物質(zhì)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)仍十分匱乏，因此，在推進(jìn)紫外吸收劑毒性研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。