黃銖玉，方龍香，宋 超，范立民，孟順龍,，裘麗萍，陳家長,

（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇無錫214081；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇無錫214081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全環(huán)境因子風(fēng)險評估實驗室（無錫），江蘇無錫214081；4農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點實驗室，北京100000）

0 引言

中國是水產(chǎn)品生產(chǎn)和出口大國。自改革開放以來，中國的水產(chǎn)處于持續(xù)增長的水平，獲得了舉世矚目的成就。近年來，為了獲得高效益，養(yǎng)殖業(yè)不斷向集約化方向發(fā)展。養(yǎng)殖密度和投餌量的增加，導(dǎo)致養(yǎng)殖水體中排泄物以及殘餌的堆積，使得水質(zhì)惡化，破壞了養(yǎng)殖水環(huán)境，進而誘發(fā)了各種魚類疾病。魚病的大規(guī)模發(fā)生，不但會造成養(yǎng)殖產(chǎn)量的下降，而且也會使水產(chǎn)品的品質(zhì)受到威脅，間接對人類的健康造成潛在的危險，嚴(yán)重影響到了中國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展[1]。因此，為了保障養(yǎng)殖戶的利益，有效防治各種魚類病害，使用漁藥成為了防止疾病的重要措施之一[2]。為了預(yù)防和控制魚病，漁藥迅速發(fā)展起來。其中使用最多的就是抗生素類漁藥，占了其中的2/3[3]?？股?Antibiotics)是生物體（包括細(xì)菌、真菌、放線菌、動物、植物等）在生命活動過程中產(chǎn)生的一種次生代謝產(chǎn)物或其人工衍生物，它們能在極低濃度時抑制或影響其他生物的生命活動，是一種重要的化學(xué)治療劑[4]。抗生素的種類很多，根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的差異，可將水產(chǎn)養(yǎng)殖用抗生素分為氨基糖苷類、四環(huán)素類、酰胺醇類等[5]。人工合成的抗菌藥包括磺胺類藥類、喹諾酮類藥物。

水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，抗生素作為一種有效防治細(xì)菌的藥物，對畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以及人體健康都有一定的積極作用。雖然抗生素在防治魚類疾病上的作用毋庸置疑，但是抗生素使用的不規(guī)范和不科學(xué)，導(dǎo)致其在環(huán)境中大量殘留，對水生態(tài)環(huán)境造成一定程度的傷害，現(xiàn)已經(jīng)成為環(huán)境中一種新型的污染物之一[6]。水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中使用的抗生素只有少部分被機體吸收，大部分都是以藥物原形進入水環(huán)境。抗生素極易富集在底泥中，對水環(huán)境造成長期循環(huán)的污染，并且殘留在水環(huán)境中的抗生素也會進入水生動物體內(nèi)從而間接進入人體內(nèi)，危及人類健康[6]。

喹諾酮類抗菌藥物中的恩諾沙星，是第一個動物專用的抗生素。它由于具有抗菌譜廣、抗菌活性強、給藥方便、與常用的抗菌藥物無交叉耐藥性等特點，成為水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中病害防治使用最廣泛的藥物。但是近年來，養(yǎng)殖模式的不合理以及缺少相應(yīng)的科學(xué)指導(dǎo)，導(dǎo)致養(yǎng)殖戶們在養(yǎng)殖過程中常常濫用漁藥，并且恩諾沙星及其它的代謝產(chǎn)物環(huán)丙沙星的代謝緩慢，它在水產(chǎn)品中的的殘留、耐藥性的增強、對環(huán)境的生態(tài)效應(yīng)以及通過食物鏈影響人類健康等問題已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注[7]。所以，關(guān)于恩諾沙星安全合理的使用以及它的藥物殘留的檢測變得尤為重要。目前恩諾沙星藥物殘留檢測的方法主要包括高效液相色譜法(HPLC)、高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(HPLC-MS)、酶聯(lián)免疫吸附測定法、熒光光度法等[8-11]。祝穎[12]通過建立了UPLC-MS/MS分析方法來檢測水產(chǎn)品中喹諾酮類藥物的殘留，旨在利用該分析方法高速、高靈敏度的特點，實現(xiàn)對水產(chǎn)品中該類藥物多組分的快速檢測。張展等[13]通過建立高效液相色譜-熒光檢測法(HPLC-FLD)來檢測雞蛋中的氟喹諾酮類藥物（恩諾沙星、環(huán)丙沙星等），結(jié)果發(fā)現(xiàn)恩諾沙星和環(huán)丙沙星的線性范圍在5～500 μg/kg，定量限為10 μg/kg，回收率在85.77%～89.46%。趙秋伶等[14]通過研制適用于檢測動物源性食品中恩諾沙星殘留的競爭取代酶聯(lián)適配體分析試劑盒，用核酸適配體來替代傳統(tǒng)抗體檢測發(fā)展方法，從而進一步提高恩諾沙星殘留檢測的靈敏度，為恩諾沙星的殘留檢測提供了一種新的思路。

近年來，有相關(guān)文獻報道了恩諾沙星在斑點叉尾鮰[15]、吉富羅非魚[16]、日本鰻鱺[17]、大菱鲆[18]等魚類體內(nèi)的藥物代謝規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)，不同的魚體內(nèi)的藥物代謝存在差異，因此不同的品種要做針對性的研究。美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)已經(jīng)明令禁止恩諾沙星應(yīng)用于可食用動物的養(yǎng)殖過程中[19]，說明了恩諾沙星在生物體內(nèi)的富集現(xiàn)象和代謝已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注和研究。

為了減少藥物殘留對水環(huán)境、水生生物以及對人類健康的影響，本綜述通過研究恩諾沙星及其代謝產(chǎn)物環(huán)丙沙星的相關(guān)性質(zhì)，以及它們在漁業(yè)水體中的遷移轉(zhuǎn)化的規(guī)律，為減少它的藥物殘留提供一定的理論依據(jù)。為了響應(yīng)國家提倡的“高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、健康、安全”的漁業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，必須科學(xué)合理的指導(dǎo)養(yǎng)殖戶使用抗生素，從而促進漁業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，保護生態(tài)環(huán)境。

1 恩諾沙星的研究概況

1.1 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

恩諾沙星(Enrofloxacin，ENR)是第三代喹諾酮類抗菌藥物，又名乙基環(huán)丙沙星、恩氟沙星。它的化學(xué)式是1-環(huán)丙基-7-（4-乙基-1-哌嗪基）-6-氟-1，4-二氫-4-氧代-3-喹啉羧酸，分子式是C19H22FN3O3，其分子結(jié)構(gòu)如圖1。它是一種微黃色或者類白色結(jié)晶性粉狀物體，無臭，味微苦，易溶于堿性溶液如氫氧化鈉、鹽酸以及甲醇等有機溶劑中，在甲醇和水中微溶，在乙醇中不溶，遇光色漸變成橙紅色[20]。它能和細(xì)菌DNA回旋酶亞基A結(jié)合，對酶的切割和連接功能產(chǎn)生抑制作用，從而阻止了細(xì)菌DNA 的復(fù)制，達到抗菌的目的[21-22]。對革蘭氏陰性菌有很強的殺滅作用，對革蘭氏陽性菌也有良好的抑制作用。目前恩諾沙星已被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，主要用于水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中細(xì)菌性疾病和支原體感染的治療。喹諾酮結(jié)構(gòu)的第6位引入了一個氟原子就形成了恩諾沙星，從而增強了細(xì)菌靶位和藥物的親和力，并擴大了抗菌譜；1位上的環(huán)丙基能促進藥物的組織滲透性[23-24]。恩諾沙星通過在動物體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化為環(huán)丙沙星來發(fā)揮抗菌活性。大量實驗證實，恩諾沙星對細(xì)菌、支原體等引起的疾病療效一般要優(yōu)于環(huán)丙沙星、諾氟沙星及抗生素類藥[25]。

圖1 恩諾沙星的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

環(huán)丙沙星(Ciprofloxacin，CIP)是恩諾沙星在機體內(nèi)起作用的主要活性成分（恩諾沙星在代謝過程中脫去一個乙基形成環(huán)丙沙星）。它的分子結(jié)構(gòu)如圖2，化學(xué)式為1-環(huán)丙烷基-6-氟-1,4-二氫-4-氧代-7-（1-哌嗪基）-3-喹啉羧酸，分子式為C17H18FN3O3，分子量為331.35。它是白色或類白色結(jié)晶性粉末，熔點為255℃～257℃。

圖2 環(huán)丙沙星的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

環(huán)丙沙星是一個典型的兩性化合物，因其結(jié)構(gòu)的特殊性，它的C-3位為羧基，C-7位為哌嗪基。因此，環(huán)丙沙星的酸堿度極易受到溶液濃度變化的影響。在加熱的情況下，CIP 的C-3 的羧基極易脫落；在光照條件下也會降解[26-27]；它還能和許多金屬離子形成絡(luò)合物。

就目前的研究來看，恩諾沙星的主要代謝產(chǎn)物是環(huán)丙沙星，后者具有抑菌活性[28]。在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中環(huán)丙沙星曾常被用來防治水生動物細(xì)菌性感染疾病，由于環(huán)丙沙星易在水產(chǎn)動物組織、器官及可食性產(chǎn)品中蓄積，且能隨食物鏈進行傳遞，威脅消費者的身體健康，甚至誘導(dǎo)人類致病菌對其產(chǎn)生耐藥性；同時在水產(chǎn)養(yǎng)殖的用藥過程中，相當(dāng)一部分藥物以原形或是代謝物的形式經(jīng)排泄物進入環(huán)境，威脅公共衛(wèi)生安全。2002年中國將環(huán)丙沙星列為水產(chǎn)養(yǎng)殖禁用藥物[29]。

1.2 恩諾沙星在水產(chǎn)動物體內(nèi)的藥物動力代謝研究

相較于畜禽動物，恩諾沙星在水產(chǎn)動物體內(nèi)的藥物學(xué)研究還不夠完整，關(guān)于水產(chǎn)動物機體的代謝種類和途徑仍需要繼續(xù)研究，藥物在其機體內(nèi)的吸收、分布、代謝和消除過程相對復(fù)雜。

梁俊平等[30]通過肌肉注射和口灌給藥這兩種方式，發(fā)現(xiàn)恩諾沙星在大菱鲆(Scophthalmus maximus)體內(nèi)的藥物動力學(xué)特征相同，均符合一級吸收二室開發(fā)模型。肌肉注射后的吸收半衰期為t1/2ka=0.027 h，達峰時間為Tmax=0.5 h，分布半衰期t1/2a=0.987 h，消除半衰期t1/2β=68.003 h，均小于口灌給藥，然而Cmax=21.7172 μg/mL和F=88.57%大于口灌。由此可以推斷出，給大菱鲆肌肉注射藥物時，恩諾沙星的吸收和分布均快于口灌，并且吸收更完全。

方星星等[31]通過對中國對蝦(Fenneropenaeus chinensis)體內(nèi)的藥物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，(22.5±1)℃的溫度下，用10 mg/kg 的恩諾沙星劑量注射對蝦的肌肉，檢測到血液中的恩諾沙星濃度即刻到達峰值，向組織內(nèi)迅速擴散分布，符合一級吸收二室模型。

大量研究表明，進入水產(chǎn)動物體內(nèi)的恩諾沙星大都以原藥排出體外，主要代謝產(chǎn)物仍然是環(huán)丙沙星，含量僅2%～5%[32-34]。房文紅等[35]給鋸緣青蟹一次性口灌藥物后，利用電噴霧離子阱質(zhì)譜法發(fā)現(xiàn)，恩諾沙星98.56%，恩諾沙星羥基化代謝產(chǎn)物0.18%，加氧恩諾沙星0.09%，環(huán)丙沙星1.17%。

2 恩諾沙星在養(yǎng)殖環(huán)境中對水生生物的影響

抗生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中被用于病害的防治。但是投放到水體中的抗生素只有少部分被機體利用，大部分未被吸收和殘留在水體中的抗生素最后都會作用于水生環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境造成影響。水生生態(tài)環(huán)境遭到破壞必然會影響到整個生態(tài)系統(tǒng)[36]。恩諾沙星有一定的親脂性，極易在生物體內(nèi)富集，最終影響人類健康。

2.1 恩諾沙星對浮游植物的影響

藻類是水生生態(tài)環(huán)境的初級生產(chǎn)者，它的種類和初級生產(chǎn)量都會直接影響到整個水生態(tài)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能，所以成為評價水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[37]。但是目前關(guān)于喹諾酮類藥物對藻類毒性這方面的研究不多。Migilore[38]及楊彎彎等[39]發(fā)現(xiàn)水草不僅能吸附喹諾酮類抗生素，而且它的生長也受到了藥物的影響，濃度越高作用越明顯，對水草的毒性越強，水草的吸附能力也越強。隨著藥物的投入，金魚藻可以快速吸附藥物飼料、排泄物以及喹諾酮類藥物。楊彎彎等[39]研究發(fā)現(xiàn)恩諾沙星能阻礙銅綠微囊藻進行光合作用，從而抑制可溶性蛋白合成，影響銅綠微囊藻的正常生長。

2.2 恩諾沙星對微生物的影響

恩諾沙星在較低濃度的條件下可以在水體中持續(xù)一段時間，雖然對水體微生物的數(shù)量沒有顯著的影響，但是長時間的接觸，也會對微生物產(chǎn)生影響。王加龍等[40]將不同濃度的恩諾沙星作用土壤后，對其中的細(xì)菌、放線菌和真菌的群落結(jié)果進行研究分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌受恩諾沙星的影響最大，影響最小的是真菌；這種影響效果會隨著藥物濃度的增加而增強。他還發(fā)現(xiàn)，高濃度的恩諾沙星會對土壤的硝化作用、呼吸作用和氨化作用產(chǎn)生不同程度的抑制作用，可能會影響到土壤的某些特性和一些生態(tài)過程[40]。馬驛等[41]利用BIOLOG檢測法來分析不同濃度條件下的恩諾沙星對微生物群落特征的影響，發(fā)現(xiàn)恩諾沙星的濃度≥0.1 μg/g可以降低土壤微生物群落的多樣性和豐富度，并且濃度越高，微生物受到的影響越大。

3 恩諾沙星及其代謝產(chǎn)物的消除途徑

由于恩諾沙星在水產(chǎn)動物防治病害上的作用，使得它大量的應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。給養(yǎng)殖動物用藥后，只有少部分的恩諾沙星會被機體利用，大部分的恩諾沙星會以各種形式被排出體外，經(jīng)過各種途徑，最終進入生態(tài)環(huán)境。進入水體的恩諾沙星，會在光照、酸堿度、有機物、無機物等各種條件下發(fā)生各種反應(yīng)，有些會進入底泥。恩諾沙星的消除途徑有水解、水體顆粒物吸附沉降、底泥吸附、生物降解、生物富集等多種。其中，恩諾沙星降解的主要途徑是光降解[42]。

不同的抗生素的吸附能力也不同，吸附能力與土壤沉積物的類型、pH值和抗生素物化性質(zhì)有關(guān)。抗生素脂溶性越強，水溶性越弱，越易被吸附，即四環(huán)素類＞大環(huán)內(nèi)酯類＞氟喹諾酮類＞磺胺類。Toll等[43]通過對不同抗生素的吸附作用進行研究發(fā)現(xiàn)，它們的分配系數(shù)不同，磺胺類0.6～4.9，四環(huán)素類290～1620，氟喹諾酮類與四環(huán)素范圍一樣。王冉等[44]發(fā)現(xiàn)恩諾沙星在土壤中的吸附能力很強，在檢測抗生素在土壤中的吸附能力里最高。因為喹諾酮類藥物在水中的含量不多，大多被沉積物和底泥吸附。Kummerer 等[45]發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星進入環(huán)境中有大約65%被底泥吸附。

光解主要是發(fā)生在清澈的水體中，且隨著水深的增加光解作用顯著下降。光解對于存在在底泥、土壤中的抗生素的去除作用不明顯。藥物的光降解途徑包括直接光降解和間接光降解，以及自敏式光降解，恩諾沙星主要是參與直接光降解和自敏式光降解。在光照條件下，恩諾沙星的降解速率比較快，降解速度會隨著時間的推移而減慢，并在低濃度狀態(tài)下維持一段時間。初始濃度越高，恩諾沙星在低濃度階段持續(xù)的越久[46]。吳寶銀等[47]研究發(fā)現(xiàn)恩諾沙星的降解與光照有關(guān)，在自然光照的條件下，降解速率較快，3 天就已經(jīng)檢測不到恩諾沙星，并且降解速度會隨著環(huán)境因素的不同而存在差異。在室內(nèi)自然光照下，它的降解速度較慢；避光條件下，由于恩諾沙星很穩(wěn)定，基本不降解。光降解和光轉(zhuǎn)化條件下，容易導(dǎo)致抗生素形成更加穩(wěn)定并具有毒性的物質(zhì)[47]。Knapp 等[48]研究了在水體中不同光照條件下恩諾沙星的降解速度以及產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)它在水中光照條件下的半衰期很短，且極易轉(zhuǎn)化成環(huán)丙沙星。Tornianen等[49]發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星存在二次降解。Hudrea等[50]發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星的主要光降解產(chǎn)物是乙二胺基化合物。喹諾酮類抗生素的光降解也會受到水體中溶解物的性質(zhì)、pH 值和光敏劑等多種因素的影響，降解速度受pH值的影響較大。尉小旋等[51]發(fā)現(xiàn)在pH 2.0～12.0 的范圍內(nèi)，環(huán)丙沙星的降解速度先快后慢，在pH 8時，降解速率最快。

水解是另外一種抗生素轉(zhuǎn)化的重要非生物途徑。大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等易溶于水發(fā)生水解。Paul 等[52]發(fā)現(xiàn)氟喹諾酮類抗生素在水中基本不水解，但對紫外線敏感。吳寶銀等[53]設(shè)計了恩諾沙星在不同酸堿度、不同光照、不同微生物條件下的水解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，恩諾沙星的水解產(chǎn)物沒有環(huán)丙沙星，50℃、避光5天后的恩諾沙星在pH 1～10 的緩沖液中水解小于10%，說明它在恒溫避光條件下的半衰期超過1 年，酸堿度的變化對于恩諾沙星的水解速度無顯著影響。在環(huán)境中，抗生素還可以通過微生物發(fā)生生物降解。段麗麗等[54]發(fā)現(xiàn)磺胺二甲嘧啶以及它的降解產(chǎn)物在土壤中很快降解，微生物的降解半衰期為3.44天和1.58天。吳寶銀等[53]發(fā)現(xiàn)不同濃度條件下，微生物對恩諾沙星降解無顯著影響。

喹諾酮類抗生素降解的主要選擇還是生物降解。生物降解主要是利用微生物的酶催化反應(yīng)來降解有機物[46]。主要的處理方法有好氧處理、厭氧處理和厭氧-好氧處理等。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合微氧水解-好氧工藝對于喹諾酮類抗生素有很好的消除效果[55]。生物降解的方法會受到環(huán)境因素的影響，Girardi 等[56]發(fā)現(xiàn)環(huán)丙沙星在液體環(huán)境中基本不降解，但在具有生物活性和非生物活性的土壤里都可以發(fā)生降解。

4 展望

國家相關(guān)管理部門對水產(chǎn)品中恩諾沙星以及環(huán)丙沙星的非法濫用有嚴(yán)格的把控，但是恩諾沙星濫用的情況仍然存在。養(yǎng)殖戶們對于恩諾沙星過度使用的危害并不清晰，只考慮到經(jīng)濟效益沒有考慮到生態(tài)效益。恩諾沙星在水產(chǎn)動物體內(nèi)的半衰期很長，而且它的代謝產(chǎn)物——環(huán)丙沙星已經(jīng)是明令禁止的漁藥，對人體危害較大。所以，為了更加科學(xué)合理地指導(dǎo)養(yǎng)殖戶使用抗生素，減少其對生態(tài)環(huán)境、水生生物甚至人體的危害，必須加強對恩諾沙星及其代謝產(chǎn)物遷移轉(zhuǎn)化、代謝規(guī)律的研究，可以研究不同的養(yǎng)殖環(huán)境和養(yǎng)殖活動對其降解的影響，通過比較得出在何種條件下抗生素的殘留較少。為了響應(yīng)國家綠色、低碳為發(fā)展理念，以“高效、優(yōu)質(zhì)、生態(tài)、健康、安全”為發(fā)展目標(biāo)，建設(shè)綠色的生態(tài)漁業(yè)，可以加強關(guān)于殘留抗生素消除技術(shù)的研究，如可以采用生物修復(fù)技術(shù)、生物質(zhì)炭等生物方法。藥物殘留而導(dǎo)致的細(xì)菌耐藥性的問題，也是抗生素污染的一個重要的亟待解決的問題，可以加強對細(xì)菌耐藥的機制以及對相關(guān)抗性基因的研究。

總而言之，為了減少由于濫用抗生素而導(dǎo)致的一系列問題，必須制定出一套關(guān)于恩諾沙星使用的原則，并加強對養(yǎng)殖戶安全合理正確使用抗生素的相關(guān)方面的培訓(xùn)，只有科學(xué)合理的使用，才能最大程度上減少其對生態(tài)環(huán)境的破壞，為綠色可持續(xù)發(fā)展?jié)O業(yè)提供一定的幫助。