水生生態(tài)系統(tǒng)中POPs的免疫毒理學研究進展

李風鈴， 江艷華， 姚 琳， 王聯(lián)珠， 翟毓秀

(農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測與評價重點實驗室 中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所， 山東 青島 266071)

1 關(guān)于免疫毒理學

免疫毒理學的研究始于20世紀70年代，而正式作為在免疫學和毒理學基礎(chǔ)上發(fā)展起來的毒理學分支學科是在20世紀80年代末，荷蘭的Jeff Vos、美國的Mike Luster 以及Jack Dean被認為是免疫毒理學的鼻祖。免疫毒理學主要研究外源化學物、物理因素及生物因素對機體免疫系統(tǒng)的危害及其作用機制[1]。經(jīng)過40多年的發(fā)展，圍繞免疫毒理學的研究日漸成熟，目前已成為毒理學領(lǐng)域的一個重要研究方向。

外源性物質(zhì)釋放到環(huán)境后，對水生生物可表現(xiàn)出不同的毒性，如研究人員可從遺傳毒理學、生殖毒理學、行為毒理學、神經(jīng)毒理學以及免疫毒理學等方向展開研究。而免疫毒理學與其它毒理學研究方向最大的不同在于它常采用低于毒性反應的劑量研究外源物質(zhì)對機體免疫功能的影響，是評價外源物質(zhì)毒性最敏感的指標。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在對不同的實驗物種開展毒理學研究的過程中，外源性物質(zhì)誘發(fā)生物體產(chǎn)生了一系列變化，其中，免疫機能失調(diào)的誘發(fā)比例越來越高。這可能會導致免疫應答的減弱、增加疾病感染或者腫瘤的發(fā)生幾率。研究人員還發(fā)現(xiàn)，外源性物質(zhì)對實驗動物免疫系統(tǒng)的影響主要表現(xiàn)為免疫抑制。也就是說某種化合物的劑量可能并沒誘導較大的毒性，然而卻對機體的免疫器官或者細胞產(chǎn)生了免疫毒性[1]。這也是免疫毒理學研究的實驗終點。當然，除免疫毒性外，過敏、超敏反應以及自我免疫疾病等，都屬于免疫毒理學的研究范疇[2]。

然而，大多科研人員的興趣多集中在外源化合物對實驗動物的免疫調(diào)節(jié)上[2]。另外，目前，免疫毒性檢測及評價的常規(guī)手段是借助于動物實驗，周期相對較長，需要多種試驗方法聯(lián)合評價外源化合物引起的免疫功能的改變。因此，免疫毒性的檢測及評價、生物標志物的篩選也是當前免疫毒理學研究的熱點內(nèi)容。然而，免疫毒理學研究的終極目標仍是對于免疫毒性機制的探索，這在很長的一段時間內(nèi)都將是毒理學領(lǐng)域的重要研究課題。

2 POPs的污染及危害

持久性有機污染物(persistent organic pollutants，POPs)是人類合成的、具有環(huán)境持久性、生物累積性、長距離遷移能力和高毒性等特點，并可隨食物鏈在動物和人體中累積、放大的一類污染物，它們具有較高的致癌、致畸、致突變“三致”效應，能夠?qū)е律矬w內(nèi)分泌紊亂、生殖及免疫機能失調(diào)以及其他器官的病變，因此，可對各類生物體產(chǎn)生大范圍、長時間的危害[3]。POPs可分為殺蟲劑如氯丹等、工業(yè)化學品如多氯聯(lián)苯以及生產(chǎn)中的副產(chǎn)品如二噁英等三種類型。其污染來源主要為使用殘留或者生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品。

最近幾年，隨著國際社會對食品安全問題的高度重視，POPs在食物源性水生生物中的殘留及毒理學效應等相關(guān)領(lǐng)域受到密切關(guān)注。POPs的廣泛使用，使得它們成為一類全球性污染物，甚至在偏遠的極地地區(qū)也可檢測到它們的存在。如全氟烷基類物質(zhì)(PFAS)，研究人員發(fā)現(xiàn)其廣泛殘留于生物體內(nèi)、水、沉積物以及大氣中。其中，不同水體中的濃度范圍在pg/ L～mg/ L之間，沉積物中的濃度為ng/g干重，而大氣中的濃度一般在pg/m 3以內(nèi)。對生物體而言，水生生態(tài)系統(tǒng)食物鏈上幾乎所有營養(yǎng)級生物體內(nèi)均可檢出PFAS[4-7]。再如POPs另一成員多氯聯(lián)苯(PCBs)，其污染狀況亦不容樂觀。國內(nèi)水體以珠江三角洲最為嚴重，進一步對珠江河口蚌類等生物體內(nèi)PCBs含量分析，結(jié)果也表明其殘留已達到可能危害大量食用海產(chǎn)品人群健康的水平。中國太湖湖區(qū)、廣東大亞灣、大連灣、珠江三角洲地區(qū)河流、珠江澳門河口等均不同程度地受到POPs 的污染[8]。在中國近海海域的生物體如牡蠣體內(nèi)也頻繁檢出有機氯農(nóng)藥( OCPs) 、PCBs 等多種類的POPs[9]。

近幾年，由于POPs的大量使用，國內(nèi)外學者從多個方面對其展開了毒理學研究。毒理試驗表明，POPs具有肝臟毒性、生殖毒性、發(fā)育毒性、免疫毒性、內(nèi)分泌干擾作用和潛在的致癌性，可引起生物體重降低、肝組織增重、肺泡壁變厚、線粒體受損、基因誘導、幼體死亡率增加以及易感染疾病致死等不良生物學效應[10-13]。研究發(fā)現(xiàn)，當成體米諾魚暴露于全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid，PFOA)時，精管細胞和卵巢出現(xiàn)了退化，表明PFOA具有一定的生殖毒性[14]。事實上，POPs的大部分種類均具有不同程度的生殖毒性。如雙酚A，研究發(fā)現(xiàn)它可導致青鳉成魚的產(chǎn)卵量減少、仔魚孵出率降低以及雄性器官雌性化等[15]。Marsili等研究發(fā)現(xiàn)，PCBs對海豚的生殖系統(tǒng)也有損害作用[16]。研究人員還發(fā)現(xiàn)，許多種類的POPs也具有一定的雌激素效應，可以和雌激素受體微弱的結(jié)合，干擾生物體內(nèi)分泌系統(tǒng)的正常功能[17-18]。另外，遺傳毒理學實驗表明，POPs可改變DNA堿基對的平均長度，打破DNA代謝的自我平衡，誘導DNA的損傷[19]。

可見，POPs對水體生態(tài)系統(tǒng)的污染形勢已較為嚴峻。而有關(guān)POPs在水體環(huán)境及生物體內(nèi)的殘留及毒理機制也一直是最受關(guān)注的研究課題之一。

3 POPs的免疫毒理學研究進展

目前，POPs作為一類具有潛在危險的化合物已逐漸被了解，國內(nèi)外研究人員也已從多方面對其展開了毒理學研究[20]，其中，免疫毒理學也有了些許報道，現(xiàn)將最近幾年來的研究進展做一簡要介紹。

已有研究發(fā)現(xiàn)，多環(huán)芳烴化合物(PAH)對嚙齒類動物的免疫系統(tǒng)有一定損害，具體表現(xiàn)為淋巴器官萎縮，淋巴細胞增殖，T細胞的分化能力以及巨噬細胞的抗原提呈功能都不同程度地減弱。在對嚙齒類動物開展的一些急性實驗中，證明全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)的暴露會增加自然殺傷細胞(natural killer cell，NK)的活性，減少抗體的生產(chǎn)。另外也有實驗表明B淋巴細胞的數(shù)目出現(xiàn)了減少[21-22]。

魚的疾病同環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境污染物密切相關(guān)，許多魚的疾病都與免疫因素相關(guān)。免疫系統(tǒng)是環(huán)境污染物最敏感的目標。在細胞或者亞細胞水平上環(huán)境污染物可以反映免疫系統(tǒng)在免疫個體、免疫失活或者免疫因子功能、免疫毒理學等方面的作用效應[23]。如Lacroix等人發(fā)現(xiàn)美國鰈魚的免疫系統(tǒng)對污染物非常敏感，因此他認為在免疫毒理學領(lǐng)域，鰈魚是非常合適的海洋生物模型[24]。不過，科研人員經(jīng)過大量的比較分析，發(fā)現(xiàn)在免疫毒理學領(lǐng)域，小型魚類如日本青鳉、斑馬魚等由于其本身無可替代的優(yōu)勢仍是使用比較廣泛的實驗室研究對象[25]。

針對水生生物開展的免疫毒理效應研究中，已涉及到POPs的眾多種類，且研究角度多樣，涵蓋了免疫毒理學的大多研究內(nèi)容。在對體液免疫、細胞免疫等方面的影響已有眾多報道。如研究人員發(fā)現(xiàn)在鮑魚中，較低劑量的苯并芘(BaP)即可影響免疫調(diào)節(jié)過程，對相關(guān)酶活性具有一定的抑制作用[26]。另有研究人員發(fā)現(xiàn)，將日本青鳉暴露于殺蟲劑時，隨著劑量的提升，抗體溶血空斑形成細胞(plaque forming cell，PFC)的數(shù)量出現(xiàn)不同程度的縮減，機體體液免疫的反應能力大大削弱[27]。而當虹鱒暴露于低劑量的殺蟲劑時，吞噬細胞的數(shù)量明顯增多，表明殺蟲劑對虹鱒的免疫系統(tǒng)造成了一定的脅迫[28]。這與Chen等人的研究結(jié)果有些矛盾，他們的研究結(jié)果證明吞噬細胞的吞噬能力受到抑制或者不受影響[29]。然而，Shelley等認為污染物對機體免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是雙向的，暴露濃度的不同完全可能出現(xiàn)截然相反的結(jié)果[28]。類似矛盾的現(xiàn)象出現(xiàn)在其他研究人員的報道中，如較低劑量的雙酚A(BPA)、雌二醇(E2)和氫化可的松(HC)可誘導鯽魚淋巴細胞的增殖，而高劑量的HC卻抑制了淋巴細胞的增殖。與之相似，較低劑量的BPA顯著促進了巨噬細胞的增殖，而稍高劑量的BPA抑制了巨噬細胞的增殖[30]。可見，污染物對于生物體免疫系統(tǒng)的影響較為復雜。

POPs對生物體的免疫毒理效應不僅體現(xiàn)在免疫細胞或者組織的反應或功能的改變方面，同時免疫防御系統(tǒng)也會表現(xiàn)出強烈的免疫應答。PCBs是多氯聯(lián)苯類污染物，常存在于食品中。經(jīng)其注射的幼年及成體青鳉在14 d后出現(xiàn)了氧化應激反應，且幼魚的敏感性明顯高于成魚。另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，幼魚及成魚中反映體液免疫能力的指標—AFC的數(shù)目均顯著消減?？梢?，青鳉的免疫系統(tǒng)對于PCBs的脅迫是相當敏感的，且敏感程度與生物體的年齡有關(guān)[31]。Minh 等發(fā)現(xiàn)PCB對海豚的免疫系統(tǒng)亦具有抑制作用，使其極易感染病毒。如1990—1992年間的地中海斑紋海豚集體死亡事件，正是由于高濃度的PCB破壞了海豚的免疫系統(tǒng)，使其感染了麻疹流行病毒，導致其大批量死亡。酶活性也是反映免疫毒性的重要指標。較低劑量的POPs可能不會引發(fā)嚴重的免疫反應，但免疫相關(guān)酶系的活性卻可能會出現(xiàn)明顯的變化。有關(guān)全氟烷基類化合物的免疫毒理學研究也已經(jīng)有了一些報道[32-33]。據(jù)王賀威等研究發(fā)現(xiàn)，全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)的脅迫對翡翠貽貝的系列抗氧化酶包括SOD、GSH以及MDA等均有顯著影響，說明機體的抗氧化防御系統(tǒng)已經(jīng)對污染物產(chǎn)生了應激反應，即免疫系統(tǒng)已經(jīng)開始發(fā)揮免疫防御功能[34]。

在水生生物的免疫毒理學研究領(lǐng)域，目前而言，標志物常為一些結(jié)構(gòu)性參數(shù)，如細胞數(shù)目、組織重量、形態(tài)、血清蛋白等。其中一些免疫參數(shù)已經(jīng)成為有效的實用標志物，如免疫器官類臟器與體重的比值、淋巴細胞的數(shù)量以及血清免疫球蛋白IgG的含量等[35]。

4 免疫毒理學研究展望

近年來，世界范圍內(nèi)越來越強調(diào)外源性化學物質(zhì)對生物體的安全性評價，尤其是在食品安全領(lǐng)域和環(huán)境安全領(lǐng)域，而在安全性評價中免疫毒理學發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，至今為止，在不同的國家和地區(qū)評估外源化合物的免疫毒理效應仍沒有統(tǒng)一的指南。因此，建立免疫毒理學的敏感性評價方法和常規(guī)評價程序顯得尤為重要。

一般來說，研究生物體免疫系統(tǒng)的功能和活性需要有一系列的模型和免疫學分析，工作程序復雜且工作量較大，因此科研人員往往不會首先分析一種外源化合物的免疫毒性。而某些實驗室對生物體免疫系統(tǒng)開展的常規(guī)短期實驗(多至28 d)或亞慢性實驗(多至90 d)其結(jié)果的可信度已遭質(zhì)疑。另外，除了經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development，OECD)規(guī)定的常規(guī)研究方法之外，還有更多特定的試驗方法或技術(shù)可以闡述外源化合物對免疫系統(tǒng)的毒性效應。例如，除了針對免疫抑制開展研究，還可以分析外源化合物和某些食物中的潛在過敏源引發(fā)的免疫毒性，這也是當前的研究空白。在諸如此類的研究中，具有完整免疫系統(tǒng)的動物模型顯然可以更清楚地闡述對免疫系統(tǒng)的影響以及對人類健康的潛在影響[1]。而在水生動物毒理學領(lǐng)域，常用的一些小型模式魚類如斑馬魚、青鳉等雖然具有其他生物無法替代的諸多優(yōu)點，但由于其個體較小，器官和血液較難收集，將其用作免疫毒理學研究的模式生物具有一定局限性，這也是限制免疫毒理學研究的一個重要因素[36]。

免疫毒理學的研究已經(jīng)涉及到多個方面，例如血液指標變化、免疫器官的重量和組織學變化等免疫毒理的定量試驗，另外還有免疫功能分析等定性實驗分析。然而，仍有一些研究領(lǐng)域免疫毒理學目前尚無涉及，如發(fā)育免疫毒理學。相比較于成熟個體的免疫系統(tǒng)，幼體的免疫器官對外源化合物的毒性可能更為敏感，因此，開展發(fā)育免疫毒理學的研究對于評估化合物的毒性更為直觀。遺憾的是，在發(fā)育免疫毒理學和生殖免疫毒理學研究領(lǐng)域，可評估的效應指標仍比較有限[2]。

另外，如前面所述，評估免疫毒理效應的標志物常為一些結(jié)構(gòu)性免疫參數(shù)，然而，對于分析低劑量污染物的免疫毒性而言，此類標志物顯然不夠敏感。因此，篩選免疫毒作用敏感指標亦是今后免疫毒理學領(lǐng)域的研究重點[37]。

目前，許多種類的POPs已經(jīng)展開毒性鑒定和效應分析，然而POPs種類繁多，且隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，每年都有大量新的化學品合成，是否具有潛在的危害尚不得而知。而且，某些POPs即使已經(jīng)開展了毒理學分析，但也僅限于某一或某幾方面的研究，其他領(lǐng)域尤其是免疫毒理學的研究并無涉及。如全氟烷基類污染物，已存在多年，只是近年來被列入《斯德哥爾摩公約》才引起廣泛關(guān)注，關(guān)于此類物質(zhì)的毒理學研究已有報道，然而免疫毒理學方面的研究基本屬于空白。因此，以上方面的研究工作給我們提出了挑戰(zhàn)，也將是下一步毒理學研究領(lǐng)域的工作重點。

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