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暨南大学游静组构建一种斑马鱼胚胎离子型化合物生物富集预测模型

作者:CZRC 发布时间:2022/8/4 3:00:00
化学品与日常生活息息相关,市场上流通的化学品种类繁多,数量庞大。具有持久性(Persistence)、生物积累性(Bioaccumulation)与毒性(Toxicity)特征的化学品潜在威胁人体健康与生态环境,故此有必要筛选识别水环境中有高富集能力和高风险化学品。目前,关于化学品生物富集性的研究多聚焦于疏水性有机化合物,而对于商用化学品中占比庞大的离子型化合物却缺乏关注。离子型化合物在生物体内的分配不仅与化合物在脂质中的分配有关,还与它们和其他生物大分子(如蛋白质等)的结合行为密切相关。传统针对疏水性化合物构建的QSAR模型往往难以准确预测离子型化合物的生物富集性。

暨南大学游静教授团队选取8种理化性质各异的小分子药物为代表,以斑马鱼为模式生物,开展毒代动力学测试,探究了离子型化合物在斑马鱼胚胎中的吸收、消除与生物富集行为,以“交叉参照”的方式引入人体药代动力学参数─表观分布容积(VD),构建并验证了斑马鱼胚胎中离子型化合物的生物富集预测模型。2022年7月27日,该研究以“Human Apparent Volume of Distribution Predicts Bioaccumulation of Ionizable Organic Chemicals in Zebrafish Embryos”为题在线发表于Environmental Science & Technology


该研究显示在环境相关pH条件(pH=7.5)下,尽管大部分离子型化合物主要以离子态存在于暴露介质中,但其在斑马鱼胚胎中表现出快速吸收与快速消除,说明离子型化合物在离子态仍可被生物体利用。整体而言,目标化合物在斑马鱼胚胎中的生物富集潜力较低,生物富集因子(BCF)范围为0.0530-250 L/kg 湿重。进一步通过分析目标离子型化合物的理化性质与BCF之间的关系发现,人体药代动力学参数VD与BCF呈显著相关关系,显示了基于生物学的“交叉参照”方法具备有效性。此外,通过对比不同参数(表观辛醇-水分配系数Dow、表观脂质体-水分配系数Dlip-wVD)构建的回归模型发现,VD回归模型更佳,说明VD比常规使用的疏水性参数Dow更适用于预测离子型化合物的BCF(图1)。对所构建的预测模型进行验证发现,VD回归模型、DowVD多元回归模型对离子型化合物BCF的预测准确度均高于Dow回归模型(图2)。该研究可加强对离子型化合物生物富集行为的理解,对离子型化合物的生物富集预测建模具有促进作用。


图1 目标离子型化合物的log BCF与log K、logow Dow、log Dlip-w及log VD的一元线性回归关系图


图2 4种不同参数模型(log Dow、log Dlip-w、log VD、log VD与log Dow)的预测log BCF与实测log BCF关系图
暨南大学环境学院游静教授和美国贝勒大学Bryan W. Brooks教授为论文通讯作者,暨南大学环境学院硕士研究生张玲为论文第一作者,暨南大学李慧珍副教授、硕士研究生刘芬、周志敏参与了该研究工作。据悉,该研究涉及的突变斑马鱼品系,将保藏至国家水生生物种质资源库国家斑马鱼资源中心。
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