【论文解读】水生生态系统中药物滥用的发生、生物积累及毒理学效应研究进展

 滥用药物是一种新兴的污染物。随着生产和消费的普及，这些污染物不断排放到环境中，造成了越来越大的全球环境负担和生态风险。废物和地表水中药物滥用的普遍发生是由于世界各地不同地区的传统污水处理厂不完全清除。虽然它们的环境浓度不是很高，但它们可能影响水生生物和生态系统功能。

该文献综述了药物滥用及其代谢产物在废水和地表水中的发生、在水生植物、鱼类、底栖生物甚至顶级捕食者中的生物积累，以及对水生生物的基因毒性效应、细胞毒性效应乃至行为毒性效应等毒理学效应。

本文侧重于药物滥用的毒理学效应研究进展进行解读：

图1-1

 

滥用药物是指那些与严重成瘾和神经毒性有关的精神活性物质。国家或国际麻醉药品和精神药品管理法禁止将其用于非医疗用途。滥用或非法使用精神药物的药物分为以下类别:大麻、阿片类、合成药物(安非他明和甲基苯丙胺)、可卡因和其他新型精神活性物质。

 

1 对脊椎动物的毒理学影响：

鱼类等脊椎动物在水生食物网中发挥着关键作用。越来越多的研究表明滥用药物对脊椎动物的毒理学作用，如细胞毒性作用、基因毒性作用、免疫毒性作用等。某些药物滥用对鱼类均有明显的急性和亚慢性生态毒理学效应。在急性KET（氯胺酮）暴露下，青鳉鱼幼鱼运动活动发生了显著的剂量依赖性变化，而在环境相关浓度下亚慢性KET暴露的青鳉鱼幼鱼中，乙酰胆碱酯酶表达和p53调控的凋亡通路受到干扰。同样，斑马鱼卵(斑马鱼)的孵化受到急性和亚慢性三氯苯醚接触的显著影响，亚慢性接触也影响早期个体发育。COC（可卡因）和BE（苯甲酰爱康宁）显著降低了斑马鱼胚胎细胞活力，增加了DNA碎片，并促进了细胞凋亡的发生。

MOR（吗啡）对斑马鱼胚胎(Danio rerio)有免疫毒性作用，暴露于较低的MOR浓度会显著加剧炎症，在较高浓度下有着显著的免疫抑制，表现为几个炎症相关基因的下调。低环境浓度的COC可能对欧洲鳗鲡(Anguilla Anguilla)组织器官的形态和生理造成严重和长期的损害，一些生理损伤在中断暴露10天后持续存在。这些研究发现，COC通过激素变化直接诱导组织学改变，甚至在分子水平上的一些生物标志物(细胞色素氧化酶和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3)的证据证实了COC对欧洲鳗鲡的有害影响。不同浓度的滥用药物的急性或慢性接触可能对水生脊椎动物造成剂量依赖的毒理学影响。暴露实验后，COC及其代谢产物BE和EME(芽子碱甲基酯)显著改变了斑马鱼胚胎的蛋白质组，并调节了不同功能类别的不同蛋白的表达。通过功能蛋白质组学方法，其分子水平机制可能主要取决于氧化应激的发生。提示某些滥用药物及其在环境浓度下的代谢物在长期接触非靶标水生脊椎动物时可能引发慢性毒性，并对水生脊椎动物的基因、细胞、组织、器官和行为产生不良影响。

图2-1

2 对无脊椎动物的毒理学影响

胚胎幼虫检测结果显示，海胆(Echinometra lucunter)的受精率和胚胎发育对海水中不同浓度的COC敏感。AMP（苯丙胺）对双壳类动物(Dreissena polymorpha)具有氧化损伤和遗传毒性作用，这可以通过活性氧的过量产生、DNA片段和蛋白质羰基化的显著增加得到证实。由于双壳类和端足类甲壳类等底栖水生无脊椎动物以水生植物、底栖藻类和生物膜等初级生产者为食，这些生产者可能含有各种生物活性有机污染物，初级生产者或沉积物中积累的滥用药物也可能通过食物链影响其在底栖无脊椎动物中的浓度。

冰毒和TRA对克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的钻洞行为产生了不利影响。同样，一些研究发现，暴露于低浓度的COC (500 ng⋅L−1)及其主要代谢物BE (1000 ng⋅L−1)会改变氧化状态，对分枝角动物(D. magna)的游泳行为和个体繁殖产生负面影响。当分枝角动物暴露于冰毒(50和500 ng⋅L-1)21天时，尽管未观察到分枝角动物游泳活动的变化，但冰毒破坏了氧化状态并影响了生殖输出。这可能与甲基苯丙胺对分支动物多巴胺水平的影响有关。结果表明，滥用药物可改变水生无脊椎动物的行为和生活史特征。在游泳中的消极表现可能会对过滤活动和食物摄取产生不利影响，从而影响个体的生长和繁殖。一些研究表明，与单一接触药物相比，混合接触多种药物的水生生物可能导致不同的副作用。单一接触BE和COC会轻微改变贻贝(galloprovincialis Mytilus)鳃和消化腺的氧化状态，而与单一化合物相比，混合物引发了更多的不良反应。在另一项研究中，斑马贻贝(Dreissena polymorpha)暴露于环境相关的COC (50 ng⋅L−1)、BE (300 ng⋅L−1)、AMP (300 ng⋅L−1)、MOR (100 ng⋅L−1)和MDMA (50 ng⋅L−1)14天。在联合暴露条件下，所有抗氧化活性均有显著的时间依赖性增加。与相同浓度的单一药物暴露相比，混合药物暴露导致更高水平的氧化应激、羰基化蛋白和脂质过氧化。这种混合物会破坏氧化平衡状态，对细胞造成更严重的氧化损伤，对双壳类动物的健康状况造成不利风险。结果表明，与单一药物暴露相比，单一药物暴露与单一药物滥用环境行为之间的复杂相互作用是不同的，可能在分子水平、细胞水平、表演水平和个体水平上产生负面的生物学后果和亚致死效应。

图2-2

3 对水生植物的毒理学影响

很少有研究探讨滥用药物对水生植物的毒理学效应。众所周知，AMP类药物的滥用会干扰人类儿茶酚胺的产生，并且发现它们会干扰东北太平洋沿岸绿藻(Ulvaria obscura)的儿茶酚胺的产生，绿藻在植物抵御食草动物的化合物中发挥着关键作用。在环境浓度下，BE可诱导蕨类植物孢子(Polystichum setiferum)线粒体活性和DNA水平的改变，从而危害配子体的萌发和成熟。因此，BE可能对水生维管植物配子体的募集、萌发和生长构成环境风险。COC和MTD两种最常用的药物在世界范围内被滥用，在来自中国、朝鲜和冰岛的三种食用海藻(棕色海带，红色海苔和绿色海带)发现生物累积，COC水平为82.9 ~ 274.8 ng⋅g−1，MTD水平为9.6 ~ 36.7 ng⋅g−1。这三种海藻经常用于食物制备，特别是在亚洲饮食消费。因此，滥用药物在水生植物中的生物积累可能为人类通过饮食消费接触提供途径，并对人类健康构成风险。

 

4 对水生微生物的毒理学影响

暴露于各种药物可能会改变群落结构并减少藻类生物量。最近的证据表明，在生物降解实验中，细菌群落组成可能会因KET和METH而发生变化，但暴露后的优势科会危害自然水体中其他微生物的繁荣和细菌群落结构，因为它们在野外很少被检测到。人工溪流实验表明，AMP对溪流生态系统有不良毒理学影响，表现为生物膜中的细菌和硅藻群落组成的改变和藻类生物量的减少。环境微生物在水生生态系统的生物地球化学循环和有机污染物降解等基本生态过程中发挥着重要作用。滥用药物对水生微生物的不利影响因此可能影响水生系统中其他有机污染物的降解和水质。

该文献综述了药物在废水和地表水中的滥用情况，药物在水生植物、鱼类和底栖生物中的积累，以及药物对水生生物(包括微生物、植物、无脊椎动物和脊椎动物)的毒理学影响。这表明人类排泄物是环境中药物滥用的主要来源之一。大比例的母药及其代谢物通过尿液和粪便排入废水，最终进入环境，导致其在自然环境中广泛发生。研究还表明，个别药物滥用可在分子、细胞或个体水平上产生毒理学效应，如对各种水生生物的免疫毒性、细胞毒性和遗传毒性，并可能影响水生群落的结构和功能，如微生物群落组成和生物膜的初级生产。

 

参考文献

Chen L, Guo C, SunZ, Xu J. Occurrence, bioaccumulation and toxicological effect of drugs of abusein aquatic ecosystem: A review. Environ Res. 2021 Sep;200:111362.

DOI:10.1016/j.envres.2021.111362

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