陳雙雙，耿檸波，曹蓉，高媛，張海軍，陳吉平

1. 大連海事大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，大連 116026 2. 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，大連 116023

氯化石蠟（chlorinated paraffins, CPs）是氯代正構(gòu)烷烴混合物，其分子式為CnH2n+2-xClx，氯含量在30%～70%之間。根據(jù)碳鏈長(zhǎng)度，CPs可分為短鏈氯化石蠟（SCCPs, C10～13）、中鏈氯化石蠟（MCCPs, C14～17）和長(zhǎng)鏈氯化石蠟（LCCPs, C18～30）。CPs具有化學(xué)穩(wěn)定性、阻燃性和低揮發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)，至今已有數(shù)百種含有CPs的產(chǎn)品被開發(fā)、生產(chǎn)并大規(guī)模應(yīng)用，如金屬加工潤(rùn)滑劑、塑料增塑劑、阻燃劑、涂料添加劑、皮革加脂劑和密封劑等[1-2]。由于廣泛的工業(yè)應(yīng)用，在環(huán)境中和生物體內(nèi)能普遍檢測(cè)到CPs，這對(duì)野生動(dòng)植物和人類構(gòu)成了潛在危害[3-6]。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)CPs的關(guān)注增多，針對(duì)CPs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)已有了一些工作進(jìn)展。SCCPs因具有長(zhǎng)距離遷移能力、環(huán)境持久性和生物累積性等特性[7-10]，于2017年被列入《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》附件A的受控清單[11]，預(yù)計(jì)未來SCCPs的生產(chǎn)和使用將減少，大部分應(yīng)用將被取代，有建議將MCCPs作為SCCPs生產(chǎn)使用的主要替代品，但MCCPs也于2021年被歐洲化學(xué)品管理局列入高關(guān)注度物質(zhì)清單（SVHC list）中[12-13]?？紤]到CPs龐大的生產(chǎn)量和其替代品的潛在風(fēng)險(xiǎn)，開展CPs的生物轉(zhuǎn)化和毒代動(dòng)力學(xué)研究能夠推動(dòng)其毒理學(xué)發(fā)展和替代品的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

毒代動(dòng)力學(xué)是通過研究外源性化合物在生物體內(nèi)吸收、分布、代謝以及排泄的過程和特點(diǎn)，探討毒性發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律性，從而為毒物安全性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。目前有關(guān)CPs在動(dòng)物體內(nèi)的毒代動(dòng)力學(xué)研究已取得了一些進(jìn)展，以大鼠為模式動(dòng)物，系統(tǒng)揭示了SCCPs的半衰期、組織分布和消除動(dòng)力學(xué)。另外還有研究闡述了CPs在兩棲和爬行動(dòng)物以及鳥類體內(nèi)的組織分布特征，探索了SCCPs在植物中的吸收途徑、雙向遷移和代謝過程以及在微生物中的降解過程。借助毒代動(dòng)力學(xué)研究能夠掌握CPs在生物體內(nèi)的組織分布和消除規(guī)律，還能夠在此基礎(chǔ)上比較CPs及其代謝產(chǎn)物對(duì)生物體的毒性。目前CPs在生物體內(nèi)的代謝途徑和中間代謝產(chǎn)物還不清楚，尚沒有CPs毒代動(dòng)力學(xué)的綜述性文章。本文系統(tǒng)地總結(jié)了CPs在動(dòng)物體內(nèi)的吸收、分布、代謝以及排泄規(guī)律，歸納了CPs在植物中的代謝轉(zhuǎn)化和經(jīng)微生物的代謝降解途徑，并對(duì)未來的研究重點(diǎn)進(jìn)行了展望。

1 CPs在生物體內(nèi)的吸收與分布（Absorption and distribution of CPs in organisms）

CPs進(jìn)入生物體的途徑主要有2類，一為從環(huán)境介質(zhì)中經(jīng)呼吸道吸入或隨皮膚接觸吸收，二為通過攝食經(jīng)胃腸道吸收，目前，CPs已在多種生物中被檢測(cè)到[2,14-16]。一旦被吸收，CPs在生物體中經(jīng)血液被分配到不同器官，從而實(shí)現(xiàn)在生物體內(nèi)的積累，而且CPs在不同器官的分布水平呈現(xiàn)顯著差異。已經(jīng)開展的研究工作評(píng)價(jià)了水生生物對(duì)CPs的生物富集和生物放大能力，研究了CPs在兩棲、爬行動(dòng)物和鳥類體內(nèi)的組織特異性分布特征。近期，在兩棲、爬行動(dòng)物和鳥類，甚至人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了CPs的母體轉(zhuǎn)移途徑，還深入探索了碳鏈長(zhǎng)度、氯化度對(duì)母體轉(zhuǎn)移的影響。

1.1 水生生物

CPs普遍存在于水生生態(tài)系統(tǒng)中，在環(huán)境水體中SCCPs的濃度范圍為15～4 000 ng·L-1[17-21]，MCCPs的濃度范圍為40～3 870 ng·L-1[17]。CPs能夠從水生生態(tài)系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移并富集于水生生物體內(nèi)，甚至可能在食物網(wǎng)中沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)放大。其生物富集和生物放大作用分別可以用生物富集因子（BAF）和營(yíng)養(yǎng)級(jí)放大因子（TMF）來衡量。Castro等[22]基于實(shí)驗(yàn)室生物富集和生物累積實(shí)驗(yàn)研究了大型水蚤（Daphniamagna）對(duì)SCCPs、MCCPs和LCCPs的生物積累潛力。結(jié)果表明，CPs在大型水蚤中l(wèi)og BAF在6.5～7.0之間，隨著碳鏈長(zhǎng)度或氯化度的增加而增加，這表明CPs在大型水蚤中具有很強(qiáng)的生物富集性。水生生物對(duì)CPs的生物富集能力在不同物種中表現(xiàn)出顯著差異。Houde等[23]測(cè)得安大略湖的湖紅點(diǎn)鮭（lake trout）對(duì)SCCPs和MCCPs的log BAF分別為4.1～7.0和6.3～6.8，表現(xiàn)出生物富集性。值得注意的是，該數(shù)據(jù)計(jì)算基于Gobas的食物網(wǎng)模型，而該模型可能傾向于高估CPs的水平[24]。Ma等[8]測(cè)得遼東灣無脊椎動(dòng)物和魚類對(duì)SCCPs的log BAF在4.5～5.6之間。其中，魚類的log BAF為4.7～5.6，低于安大略湖的數(shù)值。浮游動(dòng)物（zooplankton）的log BAF為4.5，顯示出相對(duì)較低的生物富集性，而一些雙殼類底棲生物則較高，如短頸蛤（short necked clam）、扇貝（Chinese scallop）和文蛤（Mactraquadrangularis）的log BAF分別為5.5、5.1和5.2。這可能是由于底棲生物生活在靠近沉積物的水中，其CPs濃度相對(duì)較高。Zeng等[3]測(cè)得北京某污水處理廠出水口魚類對(duì)SCCPs的log BAF在4.7～5.4之間，表明具有一定的生物富集能力。BAF隨SCCPs氯化度的增加而顯著增加，但與碳鏈長(zhǎng)度之間沒有顯著的線性關(guān)系（P>0.05）。

CPs的生物富集潛能與其辛醇-水分配系數(shù)（logKow）密切相關(guān)，但在不同種類的生物體中表現(xiàn)出的趨勢(shì)卻不盡相同。Sun等[25]在電子垃圾污染的淡水中采集的鯪魚（small mud carp）、鯽魚（crucian carp）、黑魚（snakehead）和鯰魚（catfish）、對(duì)蝦（oriental river prawns）和中華絨螯蟹（Chinese mitten crabs）對(duì)SCCPs的log BAF在2.46～3.49之間。對(duì)于雜食性魚類（鯪魚和鯽魚），SCCPs的log BAF隨著logKow的增加而增加；對(duì)于肉食性魚類（黑魚和鯰魚），log BAF與logKow之間沒有相關(guān)性。對(duì)于底棲甲殼動(dòng)物（對(duì)蝦和中華絨螯蟹），log BAF卻隨著logKow的增加而減小。這表明不同水生生物由于生活習(xí)性不同，富集SCCPs的途徑除了水體，還包括了食物、沉積物或其他途徑。因此，該研究認(rèn)為BAF不能作為后4個(gè)物種通過水體對(duì)SCCPs生物富集的良好指標(biāo)。然而，Huang等[21]發(fā)現(xiàn)底棲貝殼動(dòng)物牡蠣（oysters）的log BAF隨著logKow的增加而顯著增加。綜合分析，吸收途徑對(duì)水生生物富集SCCPs的重要性仍需要更深入的研究。

TMF>1表明污染物在食物網(wǎng)中具有生物放大的潛力，反之為營(yíng)養(yǎng)級(jí)稀釋。由于CPs包含了不同碳鏈長(zhǎng)度和氯含量的同族體，有關(guān)CPs的TMF的研究結(jié)果差異較大。在遼東灣“浮游動(dòng)物-蝦-魚”食物網(wǎng)中SCCPs的TMF為2.38[8]；中國(guó)北方高碑店湖水生食物鏈中SCCPs的TMF為1.60[3]。然而，在加拿大安大略湖“無脊椎動(dòng)物-飼料魚-湖紅點(diǎn)鮭”食物網(wǎng)中SCCPs和MCCPs的TMF分別為0.47～1.50和0.06～0.36，美國(guó)密歇根湖食物網(wǎng)中SCCPs的TMF為0.41～2.40，其中SCCPs（Cl8～9）的TMF>1，表明高氯含量的SCCPs容易在水生食物網(wǎng)中沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物放大[23]；Sun等[25]研究了SCCPs在受電子垃圾污染的淡水食物網(wǎng)“大閘蟹-對(duì)蝦-鯰魚-蛇”中的污染特征，發(fā)現(xiàn)SCCPs在該水生食物網(wǎng)中TMF為0.17，表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)稀釋效應(yīng)。SCCPs在水生環(huán)境中沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞的過程受許多因素的影響，如食物鏈的結(jié)構(gòu)、SCCPs的污染水平和同組體分布特征、生物的吸收和代謝速率、環(huán)境微生物轉(zhuǎn)化、甚至是水溫、溶解有機(jī)物、懸浮顆粒等環(huán)境參數(shù)都可能是造成這種差異的原因。

1.2 兩棲和爬行動(dòng)物

兩棲和爬行動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，但目前國(guó)內(nèi)外其生物富集和生物放大作用數(shù)據(jù)比較有限。在持久性污染物發(fā)生生物富集和生物放大效應(yīng)的研究中，蛙類和蛇類在食物網(wǎng)中通常處于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)位置，因此是需要優(yōu)先考慮的生物。此外，蛙類和蛇類比較常見并且易于捕捉，為比較理想的研究生物。Liu等[2]報(bào)道了華南某電子垃圾回收站食物網(wǎng)“昆蟲-兩棲動(dòng)物”對(duì)SCCPs和MCCPs的TMF分別為2.08和2.45，存在顯著的生物放大作用。生物放大因子（BMF）與TMF類似，BMF>1表明污染物在食物鏈中具有生物放大的潛力，Guan等[26]測(cè)得華南某電子垃圾污染池塘“魚-水蛇”食物鏈對(duì)SCCPs和MCCPs的BMF分別為2.9和2.95，并且與氯化度呈顯著正相關(guān)，具有生物放大的能力。Du等[27]測(cè)得超短鏈氯化石蠟（vSCCPs, C6～9）、SCCPs、MCCPs和LCCPs在長(zhǎng)江三角洲“蛙-蛇”食物鏈的BMFs分別為2.2、1.9、1.8和1.7，表現(xiàn)為不同程度的生物放大作用。

在短尾腹蛇（Gloydiusbrevicaudus）和紅點(diǎn)錦蛇（Elapherufodorsata）中，vSCCPs和SCCPs的組織特異性貢獻(xiàn)模式相似，均優(yōu)先分布于蛇肝，而脂肪是MCCPs和LCCPs的重要儲(chǔ)存部位[27]。CPs主要表現(xiàn)出脂溶性分布規(guī)律，即主要積累于動(dòng)物體的脂肪中。SCCPs、MCCPs和LCCPs在黑斑蛙（Pelophylaxnigromaculatus）體內(nèi)的組織特異性分布存在性別差異，主要表現(xiàn)在雄蛙肌肉組織中3種CPs的濃度是雌蛙的3.3倍～7.6倍[28]。Du等[28]提出了CPs的母體轉(zhuǎn)移途徑，即雌蛙在產(chǎn)卵過程中將污染物轉(zhuǎn)移到卵中從而降低母體肌肉中CPs濃度，并發(fā)現(xiàn)母體轉(zhuǎn)移與化學(xué)物質(zhì)的親脂性有關(guān)。卵殼對(duì)早期生命具有一定保護(hù)作用，孵化前胚胎主要依靠自身卵黃囊來維持生命，與環(huán)境既不發(fā)生能量交換也不發(fā)生物質(zhì)交換，這種方式能夠阻止環(huán)境污染物進(jìn)入卵中，然而，母體轉(zhuǎn)移途徑打破了該壁壘，大大加劇了環(huán)境污染物對(duì)生命早期的健康風(fēng)險(xiǎn)。Guan等[26]進(jìn)一步評(píng)估了SCCPs和MCCPs在水蛇體內(nèi)的母體轉(zhuǎn)移潛力，發(fā)現(xiàn)由于卵中的脂肪含量比母體中高，CPs傾向于在卵中積累，盡管CPs對(duì)母體肌肉中脂類的親和力更高。

1.3 哺乳動(dòng)物

在Zeng等[29]的研究調(diào)查中，近10年來江豚和海豚樣品中SCCPs和MCCPs濃度在兩性間無顯著差異。這與在兩棲和爬行動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的CPs在生物體內(nèi)的分布存在性別差異現(xiàn)象不同[28]，所以關(guān)于性別差異是否具有普遍性仍有待更進(jìn)一步的研究。然而，與兩棲和爬行動(dòng)物的母體轉(zhuǎn)移類似，CPs在人體中存在通過胎盤的母嬰轉(zhuǎn)移途徑，以及哺乳動(dòng)物特有的通過母乳的母嬰轉(zhuǎn)移途徑[28,30-33]。雖然胎盤可以過濾掉母體中的一些外源物質(zhì)，對(duì)胎兒起著屏障的作用[34]，但還是有很多污染物能夠穿過胎盤屏障，對(duì)胎兒健康具有潛在風(fēng)險(xiǎn)。Aamir等[30]研究了SCCPs和MCCPs通過胎盤的母嬰轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)低氯含量和較短鏈的CPs通過胎盤轉(zhuǎn)移的能力更強(qiáng)。MCCPs的胎盤與母體濃度比值顯著高于SCCPs，表明MCCPs更容易保留在胎盤組織中。碳鏈長(zhǎng)度為10～14的CPs在臍帶血和母體中的濃度比值相似，碳鏈長(zhǎng)度>15的CPs，該比值隨著碳鏈長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而降低。這可能是由于較長(zhǎng)鏈同系物基團(tuán)與胎盤蛋白具有更大的結(jié)合親和力。同時(shí)，主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)也可能影響胎盤運(yùn)輸，而主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白關(guān)系密切[35]。這表明了CPs與蛋白結(jié)合的親和力在很大程度上決定了CPs在母親和胎兒之間的分布模式。但在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)SCCPs或MCCPs穿過胎盤的比率隨著碳鏈長(zhǎng)度的增加而增加[31]。此外，關(guān)于CPs氯化度對(duì)胎盤轉(zhuǎn)移影響的研究中，Aamir等[30]發(fā)現(xiàn)低氯化度的CPs通過胎盤轉(zhuǎn)移的能力更強(qiáng)，而Qiao等[31]發(fā)現(xiàn)CPs通過胎盤轉(zhuǎn)移的能力似乎隨著氯化度的增加而增加，這可能是由于CPs的同組體眾多，而以人群為研究對(duì)象個(gè)體差異較大導(dǎo)致的。所以對(duì)于CPs碳鏈長(zhǎng)度和氯含量對(duì)胎盤轉(zhuǎn)移的影響可能需要進(jìn)一步借助動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得確切的結(jié)論。在Zhang等[36]的綜述中，歸納了包括CPs在內(nèi)的多種持久性鹵代有機(jī)污染物（HOP）經(jīng)胎盤轉(zhuǎn)移效率的影響因素以及可能的轉(zhuǎn)移機(jī)制。在進(jìn)一步的研究中，Aamir團(tuán)隊(duì)比較了母乳轉(zhuǎn)移與胎盤轉(zhuǎn)移對(duì)人類胎兒的影響，結(jié)果顯示，SCCPs或MCCPs在母乳中的濃度遠(yuǎn)高于臍帶或胎盤的濃度，這表明產(chǎn)后的母乳暴露具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。但是，還應(yīng)該注意產(chǎn)前暴露正處于胚胎發(fā)育早期，其健康風(fēng)險(xiǎn)不容忽視[33]。

CPs在嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)表現(xiàn)出快吸收、在脂肪滯留的特點(diǎn)。大鼠經(jīng)口單次暴露SCCPs后，其吸收和分布半衰期分別為1.0 d和1.7 d，血藥濃度峰值在第2.8天出現(xiàn)[37]。Darnerud等[38]和Biessmann等[39]通過同位素標(biāo)記法探究了CPs在C57B1小鼠體內(nèi)的分布，結(jié)果表明C12-CPs和C16-CPs在12 h內(nèi)易分布在細(xì)胞增殖旺盛、代謝能力較強(qiáng)的組織（如腸粘膜、骨髓、胸腺和唾液腺等）；C12-CPs在12 d后主要在肝臟和白色脂肪組織分布，在30 d后能夠到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)還包括了具有抑制劑和鎮(zhèn)靜劑作用的物質(zhì)，其損傷不僅會(huì)抑制運(yùn)動(dòng)能力，還表現(xiàn)在直腸溫度的調(diào)節(jié)[40]?？傊?，該研究中SCCPs到達(dá)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)予以重視[41]。CPs在嚙齒類動(dòng)物中同樣表現(xiàn)出易在脂肪中滯留的特點(diǎn)。這可能是由于CPs具有較強(qiáng)的親脂性。SCCPs、MCCPs和LCCPs的logKow分別為4.48～8.69、6.83～8.96和8.70～12.70，而當(dāng)化合物的logKow>5時(shí)，其親脂性較強(qiáng)。

1.4 鳥類

C16-CPs在日本鵪鶉體內(nèi)的分布與C57B1小鼠有類似的規(guī)律，在飼喂4 h后，C16-CPs主要分布于肝、腸、膽、蛋黃、腎、卵巢、血液、垂體和視網(wǎng)膜中；1 d后，只有血液中的含量顯著下降；12 d后，僅分布于尾咽腺、白色脂肪、肝臟和蛋黃中[39]。Uebersch?r等[42]研究了母雞體內(nèi)SCCPs（60% Cl）的組織分布特征。飼喂SCCPs后，母雞吸收的SCCPs先到達(dá)肝臟，后其中的大部分被轉(zhuǎn)移到蛋黃中。SCCPs在各組織中的含量與喂食量成正比，只有在膽汁中的含量有一個(gè)極低的飽和值。經(jīng)100 mg·kg-1SCCPs喂食8周后，SCCPs在母雞的糞便、蛋黃和腹部脂肪組織中含量最高；少量存在于肌肉、蛋清和膽汁中。SCCPs在肉雞體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了類似的分布[43]?？傊?，CPs在鳥類體內(nèi)的分布同樣表現(xiàn)出脂溶性規(guī)律。Mézière等[44]研究了母雞飼喂添加了200 ng·g-1SCCPs、MCCPs或LCCPs的飼料后，母體向雞蛋轉(zhuǎn)移CPs的規(guī)律。結(jié)果表明，高親脂性CPs更傾向于在雞蛋中累積，CPs的親脂性隨著碳鏈長(zhǎng)度和氯化度的增加而增加，但當(dāng)高氯化度LCCPs的分子量>1 000 g·mol-1時(shí)，盡管其親脂性仍然增加，但不太容易通過腸道屏障被吸收進(jìn)而轉(zhuǎn)移到雞蛋中，而是通過糞便直接排泄。在自然實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，由于雞對(duì)不同碳鏈長(zhǎng)度的CPs的攝入量是不確定的，不可能準(zhǔn)確計(jì)算吸收、代謝和排泄速率，但這一研究有助于評(píng)估家禽由CPs暴露引起的食品安全風(fēng)險(xiǎn)。Huang等[45]研究了SCCPs、MCCPs和LCCPs對(duì)散養(yǎng)在電子廢物回收區(qū)的母雞的吸收影響。結(jié)果表明，小腸是吸收CPs的主要部位，但不同碳鏈長(zhǎng)度和氯化度的CPs對(duì)小腸吸收沒有產(chǎn)生顯著影響。這可能是由于較長(zhǎng)碳鏈和較高氯化度的CPs的疏水性增加，部分抵消了其分子尺寸的增加所造成的不利影響。母雞通過產(chǎn)蛋轉(zhuǎn)移CPs的規(guī)律與Mézière等[44]的研究結(jié)果類似，疏水性強(qiáng)的CPs更傾向于富集到雞蛋中。此外，CPs通過母雞母體轉(zhuǎn)移途徑的親脂性相關(guān)性研究結(jié)果，對(duì)兩棲動(dòng)物具有參考意義。

1.5 植物

植物作為生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者，與有機(jī)污染物的交互作用是其環(huán)境過程和歸趨研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。但目前僅以大豆和南瓜幼苗為受試生物，研究了CPs被吸收、遷移和富集的規(guī)律[46]。幼苗可以通過根和葉分別從土壤溶液和空氣中吸收SCCPs，能將富集在體內(nèi)的SCCPs通過植物揮發(fā)作用經(jīng)葉片釋放到大氣中，蒸氣壓和溶解度越高則越容易揮發(fā)。SCCPs在大豆幼苗中的遷移為雙向遷移過程，表現(xiàn)為根部從水溶液中吸收SCCPs向上遷移到葉，以及葉吸收大氣中的SCCPs向下遷移到根部。遷移受碳鏈長(zhǎng)度和氯化度的影響，鏈長(zhǎng)較短、氯化度較低的SCCPs更容易向上遷移，在葉中富集；反之，則更容易在根部富集。其中，氯化度的影響強(qiáng)于碳原子數(shù)。此外，SCCPs在南瓜幼苗中也存在類似的規(guī)律，且遷移能力比大豆更強(qiáng)[47]。

2 CPs在生物體內(nèi)的代謝與排泄（Metabolism and excretion of CPs in organisms）

外源性化合物在生物體內(nèi)的消除過程通常包括代謝和排泄2種形式，代謝是指外源性化合物在酶的生物轉(zhuǎn)化下，化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；排泄是外源性化合物經(jīng)腸道隨糞便或經(jīng)腎臟隨尿液排出體外的過程。

2.1 在動(dòng)物體內(nèi)的代謝與排泄過程

2.1.1 消除途徑

已有研究表明，CPs在動(dòng)物內(nèi)的消除途徑主要有2種：一是通過β-氧化途徑被代謝為CO2，二為CPs及其Ⅱ相代謝物經(jīng)糞尿排泄。不同氯化度C12-CPs的代謝方式不同，在12 h內(nèi)，C12-CPs（68.5% Cl）在小鼠體內(nèi)主要的代謝方式是糞便，C12-CPs（55.9% Cl）主要的代謝方式是尿液和代謝為CO2，C12-CPs（17.4% Cl）主要通過呼吸系統(tǒng)代謝為CO2[38]。這一結(jié)果與C16-CPs的消除規(guī)律一致，表明CPs的氯化度與代謝為CO2的程度成反比。高氯化度的CPs主要通過糞便排出，通過尿液和呼氣排出的比例極低，這可能是由于其低水溶性和低蒸氣壓所導(dǎo)致的[39]。在Uebersch?r等[42]的研究中，停止喂食含SCCPs（60% Cl）的飼料6周后，約有1%的SCCPs留在體內(nèi)，約1.5%的SCCPs儲(chǔ)存在蛋黃中，約30%的SCCPs隨尿液和糞便排出體外。但未解釋其余67.5% SCCPs的去向，推測(cè)代謝為CO2或Ⅱ相代謝物通過糞尿排泄。在Geng等[37]的研究中，給藥后的28 d里，大鼠中約27.9%和3.5% SCCPs（56.5% Cl）分別通過糞便和尿液排出體外，該結(jié)果與Uebersch?r等[42]的結(jié)論相符。在Dong等[48]的基于生理藥代動(dòng)力學(xué)（PBPK）模型的研究中，給藥后2周里，大鼠中有78%～95%、84%～99%和87%～98%的SCCPs（55.5% Cl）、MCCPs（52.0% Cl）和LCCPs（49% Cl）及其代謝物通過糞便排泄。該結(jié)果通過模型計(jì)算，間接證明了通過代謝為Ⅱ相代謝物經(jīng)糞便排泄屬于Uebersch?r等[42]的研究中的空白途徑。肝臟是主要的代謝器官，其代謝能力隨著CPs碳鏈長(zhǎng)度和氯化度的增加而下降。這可能是由于更長(zhǎng)碳鏈和更高氯化度的CPs對(duì)空間的需求更大，不利于共價(jià)加合物的形成，表現(xiàn)為阻礙它們與代謝酶的相互作用而形成代謝差異[45]。這與Dong等[48]經(jīng)模型計(jì)算的結(jié)果相符[48]，SCCPs、MCCPs和LCCPs在大鼠肝微粒體中的代謝速率分別為1.31×10-6、2.54×10-6和3.55×10-6h-1，在人體中分別為3.00×10-6、4.47×10-6和5.56×10-6h-1。綜上對(duì)較高氯化度CPs的研究符合C12-CPs和C16-CPs的代謝規(guī)律，然而，現(xiàn)有的研究并未對(duì)低氯化度的CPs進(jìn)行探討。

CPs的半衰期在不同生物體內(nèi)差異顯著，但具有慢消除的共性。如在大鼠的血液中，SCCPs的消除半衰期為6.6 d[37]；在虹鱒魚中SCCPs的半衰期為7～37 d，C14-CPs的半衰期為29～53 d，與Kow、碳鏈長(zhǎng)度和氯含量呈正相關(guān)[49]；在大型水蚤中SCCPs、MCCPs和LCCPs的半衰期分別為10、2和7 h[22]。另外，Dong等[48]基于大鼠對(duì)CPs的暴露數(shù)據(jù)和深圳某地區(qū)人體CPs暴露數(shù)據(jù)，建立了SCCPs、MCCPs和LCCPs在大鼠和人體內(nèi)的PBPK模型，驗(yàn)證了膽汁排泄為影響半衰期的重要過程。膽汁排泄是指肝臟中的外源性化合物或其代謝物與膽汁一起分泌至腸道，再隨糞便排出體外的過程。在Darnerud等[38]對(duì)小鼠的研究中發(fā)現(xiàn)CPs經(jīng)歷膽汁排泄的可能性，后來Uebersch?r等[42]在母雞體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)類似可能性[38,42]。Dong等[48]對(duì)此進(jìn)行了進(jìn)一步的探究，發(fā)現(xiàn)分子量>325 g·mol-1的化合物可以通過膽汁排泄。敏感性分析和模型預(yù)測(cè)表明，CPs大部分被轉(zhuǎn)移到肝臟和脂肪，CPs在肝臟中對(duì)新陳代謝具有抵抗力，在胃腸道中也會(huì)經(jīng)歷緩慢的生物轉(zhuǎn)化，因此代謝抗性化合物主要通過膽汁排泄進(jìn)入糞便而排到體外。膽汁排泄是影響生物體內(nèi)CPs組織水平和半衰期的重要過程，研究發(fā)現(xiàn)，較長(zhǎng)鏈的氯化石蠟（MCCPs和LCCPs）更容易通過膽汁排出。CPs在人體膽汁中的排泄率比大鼠低約2個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致CPs在人體半衰期較長(zhǎng)。經(jīng)計(jì)算，SCCPs、MCCPs和LCCPs在大鼠體內(nèi)半衰期分別為6.2、5.4和4.5 d，在人體內(nèi)的半衰期分別為5.1、1.2和0.6 a。毒代動(dòng)力學(xué)結(jié)果顯示，在暴露水平相似的情況下MCCPs和LCCPs在血液、肝臟和脂肪中的負(fù)荷為SCCPs的10%～20%。?hlman等[50]基于同位素標(biāo)記，研究了C16-CPs（65% Cl）在大鼠膽汁中的代謝。14C16-CPs在大鼠體內(nèi)有廣泛的代謝，膽汁中未改變的14C16-CPs<3%。并且在大鼠膽汁中檢測(cè)到了N-乙酰半胱氨酸（巰基尿酸）和谷胱甘肽與14C16-CPs的共軛產(chǎn)物，這說明14C16-CPs可能經(jīng)歷了巰基尿酸途徑和谷胱甘肽共軛途徑。

2.1.2 代謝途徑及其代謝產(chǎn)物

污染物作為外源化合物進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，在一系列相關(guān)的非特異性酶作用下進(jìn)行Ⅰ相和Ⅱ相代謝。Ⅰ相代謝通常是在細(xì)胞色素P450酶、過氧化物酶等代謝酶的作用下發(fā)生氧化和水解反應(yīng)，使污染物生成分子量更低（如脫鹵作用、裂解作用）或極性更強(qiáng)的物質(zhì)（如羥基化作用等）。經(jīng)過Ⅰ相代謝生成的帶有羥基、羧基等極性基團(tuán)的產(chǎn)物，作為底物在Ⅱ相代謝酶的作用下，進(jìn)一步與硫酸鹽、糖苷和谷胱甘肽等內(nèi)源性化合物發(fā)生結(jié)合，即Ⅱ相代謝。大多數(shù)情況下，Ⅱ相代謝得到的結(jié)合產(chǎn)物與母體化合物相比，毒性更低，極性更強(qiáng)，易于排出體外。但在少數(shù)特殊情況下，一些中間或最終產(chǎn)物毒性反而增強(qiáng)，這被稱為外源化合物的激活。

目前，CPs經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物CO2的具體途徑研究還未有報(bào)道。借鑒于一般氯代脂肪烴的生物轉(zhuǎn)化過程：烷烴水解為醇，醇氧化為酸/醛，再分解為CO2和H2O。Darnerud[51]研究了14C12-CPs在C57Bl小鼠體內(nèi)代謝為14CO2的過程中起調(diào)控作用的酶，發(fā)現(xiàn)抑制細(xì)胞色素P450酶活性會(huì)顯著降低CPs向14CO2轉(zhuǎn)化的速率，而加入細(xì)胞色素P450酶后能夠促進(jìn)14CO2的形成，表明CPs在大鼠體內(nèi)的代謝是由細(xì)胞色素P450酶介導(dǎo)的。其中，高氯化度的C12-CPs更多地依賴細(xì)胞色素P450酶代謝為14CO2，但尚未對(duì)C12-CPs的代謝過程和轉(zhuǎn)化機(jī)制進(jìn)行研究。Wang等[52]采用密度泛函理論，以1-氯代癸烷為目標(biāo)化合物，探討了細(xì)胞色素P450酶對(duì)SCCPs的代謝機(jī)制和代謝物毒性。結(jié)果表明，1-氯癸烷易被細(xì)胞色素P450酶代謝，在人體內(nèi)的速率常數(shù)高達(dá)42.3 s-1。1-氯代癸烷在Ⅰ相代謝中不太可能發(fā)生脫氯，羥基化是其主要的代謝途徑，特別是1-氯代癸烷的中間碳原子最容易被羥基化。毒性評(píng)估表明，1-氯代癸烷通過代謝激活，它的2種中間代謝產(chǎn)物（10-氯癸烷-5-醇和1-氯癸烷醇）表現(xiàn)出更高的生物累積性、致癌性以及對(duì)心血管系統(tǒng)的毒性。He等[53]研究了人肝組織對(duì)CPs的體外生物轉(zhuǎn)化作用，并基于高分辨質(zhì)譜測(cè)定了CPs及其代謝產(chǎn)物的濃度，推測(cè)潛在代謝產(chǎn)物為vSCCPs、醇（OH-CPs）、酮（CO-CPs）和羧酸（COOH-CPs）。人肝組織中的細(xì)胞色素P450是轉(zhuǎn)化CPs最有效的酶系。與細(xì)胞色素P450共同作用2 h后，SCCPs、MCCPs和LCCPs含量分別比對(duì)照組下降了85%、98%和73%。C—C鍵的斷裂是CPs的一種相關(guān)代謝途徑，CO-CPs是重要代謝產(chǎn)物，而OH-CPs和COOH-CPs是CPs代謝的中間體。綜上，CPs在動(dòng)物體內(nèi)可能的代謝途徑如圖1所示。

2.2 在植物中的代謝過程

由于植物和動(dòng)物肝臟具有互補(bǔ)的脫氧核糖核酸序列和相似的酶體系，對(duì)外源化合物也具有相似的代謝作用，因而植物有“綠色肝臟”之稱。外源化合物在植物體內(nèi)的代謝過程一般包括Ⅰ相、Ⅱ相和Ⅲ相代謝。Ⅰ相和Ⅱ相代謝與動(dòng)物類似，Ⅲ相反應(yīng)是指其代謝產(chǎn)物被細(xì)胞壁固定或者液泡隔離的過程。Chen等[54]研究了懸浮水稻細(xì)胞對(duì)SCCPs和MCCPs的代謝過程。結(jié)果顯示懸浮水稻細(xì)胞對(duì)SCCPs和MCCPs的代謝率分別為79.53%和40.70%，可鑒別代謝產(chǎn)物分別為45種和25種，包括Ⅰ相代謝產(chǎn)物（脫氯/加氫-（多）羥化、脫HCl-（多）羥化）和Ⅱ相代謝產(chǎn)物（硫酸化、糖基化），總結(jié)了CPs在植物體內(nèi)可能的代謝產(chǎn)物與反應(yīng)途徑，如圖2所示。

Li等[47]進(jìn)一步基于電子捕獲負(fù)化學(xué)源-質(zhì)譜法（ECNI-MS）檢測(cè)到1,2,5,5,6,9,10-七氯癸烷在南瓜幼苗中的脫氯和氯重排轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，包括C10H17Cl5、C10H16Cl6和C10H15Cl7，由于低氯取代的化合物在ECNI源下響應(yīng)較弱，進(jìn)一步脫氯產(chǎn)物（Cl<5）無法檢測(cè)。該研究提出在以南瓜為受試植物的暴露系統(tǒng)中，同時(shí)存在2種SCCPs的轉(zhuǎn)化過程，除了在植物體內(nèi)的直接轉(zhuǎn)化，還存在空氣中的間接轉(zhuǎn)化，即部分易揮發(fā)的SCCPs母體及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物釋放到體外的空氣中，在植物釋放的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）和空氣中的·OH的誘導(dǎo)作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化[55]。Li等[55]進(jìn)一步比較了南瓜和大豆幼苗對(duì)SCCPs的代謝產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化時(shí)間變化趨勢(shì)。兩者中不同母體的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物相似，除了脫氯和氯重排產(chǎn)物，在南瓜和大豆幼苗中還發(fā)現(xiàn)了SCCPs的碳鍵斷裂產(chǎn)物。母體化合物中所含碳原子數(shù)分別為10、11和13，然而卻在暴露體系中檢測(cè)到了碳原子數(shù)為12的代謝產(chǎn)物。南瓜幼苗不同組織中代謝產(chǎn)物的總量隨時(shí)間先增加后減少。葉、莖和根部代謝產(chǎn)物最高值分別出現(xiàn)在第4天、第6天和第10天。暴露前4天，代謝產(chǎn)物富集于根部，其次為葉，莖中最低。暴露第6天和第10天，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物分布量分別為根>莖>葉和莖>根>葉。SCCPs暴露10天后在大豆幼苗中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在組織中的分布與南瓜幼苗類似，但代謝產(chǎn)物是南瓜幼苗中的3.9倍。所以雖然大豆幼苗對(duì)SCCPs的遷移能力比南瓜幼苗低，但生物轉(zhuǎn)化能力大于南瓜幼苗。

圖1 氯化石蠟（CPs）在動(dòng)物體內(nèi)可能代謝產(chǎn)物和反應(yīng)途徑注：SCCPs表示短鏈氯化石蠟，MCCPs表示中鏈氯化石蠟，LCCPs表示長(zhǎng)鏈氯化石蠟，vSCCPs表示超短鏈氯化石蠟；紅色框內(nèi)為SCCPs的羥基化反應(yīng)。Fig. 1 Reaction pathway and possible metabolites of chlorinated paraffins （CPs） in animalsNote: SCCPs means short-chain chlorinated paraffins, MCCPs means medium-chain chlorinated paraffins, LCCPs means long-chain chlorinated paraffins, and vSCCPs means very short-chain chlorinated paraffins; the hydroxylation of SCCPs was highlighted in the red box.

圖2 CPs在植物體內(nèi)可能的代謝產(chǎn)物與反應(yīng)途徑Fig. 2 Reaction pathways and possible metabolites of CPs in plants

2.3 在微生物中的降解

CPs可以在水、土壤和沉積物中通過微生物發(fā)生降解，目前已有研究探討了鞘氨醇單胞菌對(duì)SCCPs的生物轉(zhuǎn)化作用。但尚缺少關(guān)于MCCPs在各介質(zhì)中經(jīng)微生物降解的研究。Heeb等[56]研究了鹵代烷烴脫氫酶LinA2催化SCCPs的生物轉(zhuǎn)化作用，發(fā)現(xiàn)LinA2可以催化SCCPs發(fā)生HCl消除（E2）反應(yīng)，形成氯化烯烴（COs），LinA2對(duì)SCCPs的轉(zhuǎn)化與其氯取代度有關(guān)，較低氯化度的同系物不易被LinA2轉(zhuǎn)化，易在生物體內(nèi)累積，而較高氯化度的同系物易被轉(zhuǎn)化。但由于SCCPs是混合物，其中既包含容易被LinA2轉(zhuǎn)化的同系物，也包含不易轉(zhuǎn)化的同系物，難以確定代謝中間產(chǎn)物。Knobloch等[57]使用鹵代烷脫鹵酶LinB催化C13-CPs混合物，包含氯代十三烷、氯代十三烯烴和二烯烴。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LinB可以催化C13-CPs混合物發(fā)生脫鹵羥基化（SN2）反應(yīng)，形成羥基化產(chǎn)物。但并不影響烷烴、單烯烴和雙烯烴的比例，說明LinB不催化E2反應(yīng)，CPs在微生物體內(nèi)可能的代謝產(chǎn)物如圖3所示。在進(jìn)一步的研究中，Knobloch等[58-59]采用一級(jí)雙峰動(dòng)力學(xué)模型模擬了C11-CPs、C12-CPs和C13-CPs以及C11-COs、C12-COs和C13-COs的脫氯動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，LinB優(yōu)先代謝較低碳鏈長(zhǎng)度、低氯化度的物質(zhì)，較高碳鏈長(zhǎng)度、高氯化度的物質(zhì)的轉(zhuǎn)化速度較慢，在該體系中更持久。因此，基于微生物對(duì)CPs的代謝來看，禁止使用SCCPs并建議使用長(zhǎng)鏈的CPs，可能會(huì)帶來CPs更持久的環(huán)境存在。

圖3 CPs經(jīng)微生物轉(zhuǎn)化的潛在反應(yīng)途徑Fig. 3 Potential reaction pathway of microbial transformation of CPs

3 結(jié)論與展望（Conclusion and prospect）

毒代動(dòng)力學(xué)是污染物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要內(nèi)容，CPs賦存于包括水體、土壤、空氣和生物體等在內(nèi)的許多介質(zhì)中，通過皮膚、呼吸道和胃腸道被生物體吸收。其中，CPs在水生和陸生食物鏈中能夠沿營(yíng)養(yǎng)級(jí)放大，具有潛在的危害，應(yīng)當(dāng)予以重視。CPs進(jìn)入生物體后經(jīng)血液分配到不同器官，特異性分布于不同組織，在組織分布特征方面，CPs主要表現(xiàn)出脂溶性化合物分布規(guī)律，即主要積累于動(dòng)物體的脂肪中；在分布速率方面，表現(xiàn)出吸收快、消除慢的特點(diǎn)。近期，CPs經(jīng)母體轉(zhuǎn)移的特征引起了廣泛的關(guān)注。在兩棲、爬行和鳥類動(dòng)物中，具有高親脂性的CPs更傾向于在卵中累積。在人體中，CPs的母嬰轉(zhuǎn)移受到其碳鏈長(zhǎng)度和氯化度的影響。生物體對(duì)CPs也表現(xiàn)出一定的消除作用，但其代謝過程尚不清楚。目前僅以同位素標(biāo)記的方式通過監(jiān)測(cè)SCCPs的代謝終產(chǎn)物CO2研究了SCCPs在動(dòng)物中的代謝轉(zhuǎn)化；從理論計(jì)算方面推測(cè)某個(gè)SCCPs單體在體內(nèi)可能的代謝途徑；或者基于高分辨質(zhì)譜測(cè)定了CPs的Ⅰ相代謝產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)CPs在動(dòng)物體內(nèi)的代謝途徑主要由細(xì)胞色素P450介導(dǎo)，但CPs代謝為易排泄的Ⅱ相代謝產(chǎn)物和呼吸系統(tǒng)的最終產(chǎn)物CO2的途徑尚不清楚，CPs在動(dòng)物體內(nèi)代謝的中間產(chǎn)物和代謝途徑尚需進(jìn)一步深入研究。SCCPs在植物中的代謝途徑為脫氯、氯重排以及碳碳鍵斷裂。SCCPs經(jīng)微生物降解主要是發(fā)生了HCl消除和脫鹵羥基化反應(yīng)?？傊?，國(guó)內(nèi)外有關(guān)CPs的毒代動(dòng)力學(xué)研究已取得一些進(jìn)展，但仍有一些問題需要進(jìn)一步深入研究。

首先，隨著CPs在不同環(huán)境基質(zhì)甚至人體中的檢出[60-63]，研究人員積極開展了CPs的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，但主要集中在SCCPs的研究上?？紤]到SCCPs的毒性效應(yīng)和環(huán)境持久性，聯(lián)合國(guó)環(huán)境署在SCCPs風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)估報(bào)告中，推薦將MCCPs作為SCCPs的代替物，但二者高度相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)與毒理學(xué)性質(zhì)，目前還沒有足夠證據(jù)表明MCCPs是SCCPs的安全替代品，其可行性仍有待進(jìn)一步評(píng)估。研究人員提出氯含量超過46%的MCCPs同系物應(yīng)視為持久性物質(zhì)[64]，近年來有關(guān)食品中MCCPs含量高于SCCPs的報(bào)道，更對(duì)其可行性提出了挑戰(zhàn)，因此對(duì)MCCPs的毒代動(dòng)力學(xué)和健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)估是毒理學(xué)領(lǐng)域未來的研究重點(diǎn)。

其次，目前對(duì)CPs在動(dòng)植物以及微生物中的代謝研究較少，同時(shí)由于CPs是一類混合物，同族體眾多，受技術(shù)手段和檢測(cè)工具的限制，使得CPs在生物體中的代謝途徑和代謝產(chǎn)物尚不清晰。針對(duì)動(dòng)物體內(nèi)的代謝過程，研究仍停留在檢測(cè)Ⅰ相代謝產(chǎn)物的階段，Ⅱ相代謝產(chǎn)物的研究尚屬空白。更匱乏的是，CPs代謝轉(zhuǎn)化為CO2的研究，除了其中起調(diào)控作用的細(xì)胞色素P450酶，沒有對(duì)具體途徑進(jìn)行研究。在植物體內(nèi)的代謝過程中，可知現(xiàn)代的研究技術(shù)對(duì)其代謝途徑的發(fā)現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。因此，在未來的研究中，結(jié)合先進(jìn)的分析技術(shù)，全面探究CPs的代謝過程是可能實(shí)現(xiàn)的。

再次，CPs作為環(huán)境新污染物，具有低水平長(zhǎng)期暴露的特點(diǎn)。通過胎盤的產(chǎn)前暴露正處于胚胎的發(fā)育早期，通過母乳的產(chǎn)后暴露則具有更高的暴露水平，對(duì)早期生命產(chǎn)生不利影響。然而，CPs的碳鏈長(zhǎng)度和氯化度對(duì)人體中母嬰轉(zhuǎn)移途徑的影響仍沒有普遍結(jié)論，因此迫切需要對(duì)CPs的影響規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步的研究和確認(rèn)。另外，CPs在黑斑蛙體內(nèi)的性別差異性分布特征是否意味著CPs的毒性效應(yīng)具有性別差異還未可知，仍有待進(jìn)一步探索。