饮用水消毒副产物毒性评价的研究进展

摘要：本文综述了饮用水消毒过程中产生的消毒副产品（DBPs）的毒性效应及其对生物体的潜在影响。研究发现，DBPs 可对个体、细胞和遗传水平产生不良影响，且其毒性因种类繁多和性质复杂而难以明确。文章总结了近期针对 DBPs 毒性效应的研究，包括个体水平、细胞水平和遗传水平的生物毒性评估，并探讨了当前研究的进展、存在的挑战和未来的研究方向。

背景：饮用水消毒是公共卫生领域的重要成就，有效消除病原体，预防水源性疾病。然而，消毒过程中会产生多种 DBPs，这些化合物与增加的膀胱癌、结直肠癌和流产风险相关。尽管已有研究关注三氯甲烷（TCM）等 DBPs 的致癌性，但 DBPs 的总体毒性仍然不明确。

研究方法：本综述回顾了不同生物学水平上 DBPs 毒性效应的研究，包括使用生物测定法评估 DBPs 对完整生物体生理功能的干扰、细胞活性的影响，以及对遗传物质的损害。此外，还介绍了定量结构活性关系（QSAR）分析等计算方法来预测 DBPs 的毒性效应。

主要结果：

DBPs可能扰乱生物体的内分泌系统，影响激素的正常功能。研究主要集中在下丘脑-垂体-性腺轴（HPG）和下丘脑-垂体-甲状腺轴（HPT）这些内分泌干扰作用可能导致生物体的生殖功能障碍、甲状腺功能异常和其他健康问题。

图1.( A ) IAA对下丘脑-垂体-甲状腺轴的内分泌毒性；( B ) IAA对下丘脑-垂体-性腺轴( T3 :三碘甲状腺原氨酸, NIS :钠/碘转运体, TRH :促甲状腺激素释放激素, TSH :促甲状腺素, TSHR :促甲状腺素受体, DIO1 :脱碘酶1 , T4 :甲状腺素)的内分泌毒性。

DBPs 的细胞毒性主要通过影响细胞活性来评估，研究发现某些未受管制的氮含量 DBPs 比受管制的碳含量 DBPs 具有更强的细胞毒性。使用CHO细胞作为模型，评估了多种DBPs的细胞毒性，发现一些新识别的DBPs比受管制的DBPs具有更高的毒性。

图2.采用CHO细胞评价新兴DBPs的细胞毒性：( A )卤代酪氨酰DBPs；( B )卤代酚、卤代硝基苯酚、卤代羟基苯甲醛、卤代羟基苯甲酸

使用HepG2等人类肝细胞癌系评估的结果显示，某些消毒副产品(DBPs)对人类细胞的毒性与在CHO细胞中的观察相似。DBPs能引起细胞结构和功能变化，这些变化有助于揭示其毒性机制。研究了DBPs与细胞内特定靶标如过氧化氢酶的相互作用及其亲电/亲核反应性。通过QSAR模型预测了DBPs的细胞毒性，并探讨了毒性与DBPs结构特征的关联。在不同细胞系中测定了DBPs的IC50和LC50，发现新兴环状DBPs的细胞毒性通常高于脂肪族DBPs。同时，强调了考虑DBPs毒性的物种特异性在选择模型生物进行毒性测试时的重要性。

图3.用于DBPs细胞毒性实验的人体细胞系。

DBPs 能够损伤 DNA 和染色体，导致突变，遗传生物测定法常用于评估 DBPs 的毒性。DBPs能够引起DNA的直接损伤，包括双链断裂和氧化损伤，这些损伤可通过多种生物标志物进行检测。：DBPs的基因毒性作用可能通过氧化应激、DNA烷基化，以及干扰DNA修复机制等多种途径。使用Ames试验和微核试验等方法评估了DBPs的突变性，发现某些DBPs能诱导染色体损伤和微核形成。

图4.DBPs致DNA损伤的机制。

主要结论：DBPs 的毒性评估对于降低饮用水消毒带来的健康风险至关重要。未来的研究需要进一步探索 DBPs 的毒性机制，开发新的毒性数据获取技术，建立定量比较毒性数据库，并考虑 DBPs 作为复杂混合物的联合毒性。此外，研究应关注新发现的 DBPs，尤其是那些浓度适中但毒性高的化合物，以改进消毒技术，更新 DBPs 法规，提高饮用水质量。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.trac.2024.117545