環(huán)境中的抗生素與毒物興奮效應(yīng)綜述

葛會(huì)林等

摘 要 對(duì)毒物興奮效應(yīng)的出現(xiàn)、作用機(jī)制、普遍性及其對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響，以及從細(xì)菌、藻類、植物、動(dòng)物等不同水平對(duì)抗生素的毒物興奮效應(yīng)進(jìn)行綜述；并對(duì)該領(lǐng)域的研究進(jìn)行總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞 抗生素；毒物興奮效應(yīng)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；雙相劑量-響應(yīng)；混合物效應(yīng)

中圖分類號(hào) X503.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

A Review on Hormesis and Antibiotics in the Environment

GE Huilin1， LUO Jinhui1， ZHI Xia2， LE Yuan1

1 Analysis and Testing Center， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/Hainan Provincial Key

Laboratory of Quality and Safety for Tropical Fruits and Vegetables， Haikou， Hainan 571101， China

2 College of Materials and Chemical Engineering， Hainan University， Haikou， Hainan 570228， China

Abstract The article reviewed the occurrence， mechanism of action， generalizability， and the impact on risk assessment of hormesis. The hormesis of antibiotics was reviewed from different levels including bacteria， algae， plants， and animals.

Key words Antibiotics； Hormesis； Risk assessment； Biphasci dose-response； Mixture effect

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.09.028

抗生素是由細(xì)菌、真菌、放線菌等微生物經(jīng)培養(yǎng)而獲得或用化學(xué)合成法制得的用于殺滅或抑制病原微生物的物質(zhì)。我國(guó)是抗生素的生產(chǎn)和使用大國(guó)，如2003年我國(guó)青霉素產(chǎn)量達(dá)2.8萬(wàn)t，占世界總產(chǎn)量的60%，土霉素占世界總產(chǎn)量的65%[1]。目前，全球每年至少一半的抗生素用于畜牧業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，通過(guò)將抗生素添加到飼料中來(lái)預(yù)防動(dòng)物疾病，或控制水產(chǎn)疾病?？股?cái)z入后并不完全被動(dòng)物所吸收，除少量抗生素殘留在動(dòng)物體內(nèi)外，大部分則以原形化合物或代謝物的形式排泄出來(lái)，給環(huán)境微生物、土壤、水體等帶來(lái)不良影響，并通過(guò)食物鏈影響植物和動(dòng)物的正常生命活動(dòng)，最終對(duì)人類的健康和生存造成不利影響[2]?？股卦谒巴寥赖拳h(huán)境體系中都能檢測(cè)到其存在，已成為一類新型環(huán)境污染物。目前關(guān)于抗生素對(duì)環(huán)境的污染及其生態(tài)毒性的認(rèn)識(shí)大多來(lái)源于其急性毒性研究，對(duì)于抗生素的低劑量效應(yīng)的了解仍然有限。具有低劑量促進(jìn)高劑量抑制特征的毒物興奮效應(yīng)（Hormesis）[3]對(duì)抗生素的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了新的挑戰(zhàn)。

Hormesis一詞源于希臘語(yǔ)“hormaein”，本意是“to excite（激活）”，目前在我國(guó)有將其譯為“（毒物）興奮效應(yīng)”、“化學(xué)興奮效應(yīng)”、“激效作用”、“低促效應(yīng)”、“赫米西斯”等[4]。本文采用“毒物興奮效應(yīng)”一詞。我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)理論認(rèn)為“藥之效，毒為之”，藥正是因?yàn)橛卸静庞辛怂幮?，即所謂“是藥三分毒”；這與16世紀(jì)現(xiàn)代毒理學(xué)之父帕拉塞爾蘇斯（Paracelsus）提出的“劑量決定毒物”，即所有物質(zhì)都是有毒的，只有劑量才能區(qū)別毒物的觀點(diǎn)不謀而合；這些觀點(diǎn)可以認(rèn)為是毒物興奮效應(yīng)概念的雛形。

1888年微生物學(xué)家Schulz發(fā)現(xiàn)低濃度的抗生素、氯化汞及苯酚等對(duì)酵母菌生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用而在高濃度時(shí)表現(xiàn)出抑制作用[5]；并于1912年在其著作中用已故同事Ardnt和自己的名字將這一現(xiàn)象命名為Ardnt-Schulz法則，即弱刺激加速生命力，中等強(qiáng)度刺激促進(jìn)生命力，強(qiáng)刺激抑制生命力，很強(qiáng)刺激能致死[6]。1943年Southam和Ehrlich等在研究紅雪松提取物對(duì)真菌的影響時(shí)，將觀察到的雙相劑量-效應(yīng)關(guān)系正式命名為hormesis，首次發(fā)表在《Phytopathology》期刊上[7]。由于Ardnt-Schulz法則一直沒(méi)有找到合理的機(jī)理解釋，而且進(jìn)入20世紀(jì)后著重強(qiáng)調(diào)消毒劑、殺蟲(chóng)劑、除草劑等在高劑量下的殺傷效應(yīng)而不是關(guān)注它們的低劑量促進(jìn)作用，20世紀(jì)30年代后毒物興奮效應(yīng)處于既沒(méi)有追隨者又沒(méi)有資金資助的邊緣化地位，毒物興奮效應(yīng)領(lǐng)域逐漸冷落下來(lái)[8]。20世紀(jì)80年代，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（USEPA）在評(píng)價(jià)化學(xué)物的致癌性時(shí)，將毒物興奮效應(yīng)列入考慮范圍，以此來(lái)回答對(duì)于致癌物質(zhì)“How clean is clean”；1982年Stebbing[9]發(fā)表毒物興奮效應(yīng)在植物生長(zhǎng)過(guò)程中作用的綜述，提出了公認(rèn)的β曲線；毒物興奮效應(yīng)開(kāi)始得到公認(rèn)并被重視。Calabrese等對(duì)毒物興奮效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究與評(píng)述，2003年在《Nature》期刊上發(fā)表題為“Toxicology rethinks its central belief”的文章[10]，至此，毒物興奮效應(yīng)進(jìn)一步成為毒理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、公共衛(wèi)生等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。以“Hormesis”為主題詞在Web of Science平臺(tái)的所有數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行檢索，1950～1999年僅有200篇文獻(xiàn)，而2000～2014年已有2 069篇文獻(xiàn)。

1 毒物興奮效應(yīng)的作用機(jī)制

關(guān)于毒物興奮效應(yīng)的機(jī)理，目前有數(shù)種理論，但是這些理論尚缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持[11]。Calabrese[12]提出過(guò)度補(bǔ)償（Overcompensation）機(jī)制，認(rèn)為毒物興奮效應(yīng)是內(nèi)穩(wěn)態(tài)受到擾動(dòng)后的響應(yīng)，即生物體在最初的抑制反應(yīng)之后會(huì)出現(xiàn)一個(gè)補(bǔ)償反應(yīng)，這個(gè)補(bǔ)償反應(yīng)會(huì)逐漸超過(guò)控制行為，從而導(dǎo)致一個(gè)凈刺激效應(yīng)。當(dāng)毒物的抑制作用小于機(jī)體產(chǎn)生的補(bǔ)償作用時(shí)，表現(xiàn)為低劑量促進(jìn)作用；隨著毒物劑量的增加，補(bǔ)償作用逐漸被抵消，整體效果轉(zhuǎn)變成高劑量抑制作用。Stebbing[9]提出矯正過(guò)度（Overcorrection）機(jī)制，認(rèn)為毒物在高劑量時(shí)一般對(duì)生物產(chǎn)生抑制作用，刺激作用可能是生物對(duì)低劑量抑制的自我矯正反應(yīng)，即生物體對(duì)毒物抑制作用的過(guò)度中和與抵抗。毒物低劑量時(shí)總體表現(xiàn)為促進(jìn)；隨著毒物劑量的增加，抵抗中和作用到達(dá)臨界最大值后就不再增加，最終對(duì)生物體產(chǎn)生抑制作用。

上述2種機(jī)制都停留在定性的描述性層面，未從分子機(jī)制方面對(duì)對(duì)毒物興奮效應(yīng)做出合理的解釋。因此有人提出了多亞型受體機(jī)制[13]，認(rèn)為毒物興奮效應(yīng)是由一類同工G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）介導(dǎo)的，GRCP譜中每一個(gè)亞型激活其所對(duì)應(yīng)的信號(hào)傳導(dǎo)通路，選擇性的控制生物反應(yīng)。根據(jù)產(chǎn)生的效應(yīng)不同，該同工受體譜分為3類，即興奮受體、抑制受體和過(guò)渡受體。興奮受體的親和力較高，數(shù)量較少，能夠激活有益的信號(hào)傳導(dǎo)通路；抑制受體的親和力較低，數(shù)量較多，能夠激活不利的傳導(dǎo)通路；過(guò)渡受體親和力居中，數(shù)量不定，只是單純與毒物結(jié)合，整體上起到調(diào)控興奮效應(yīng)向抑制效應(yīng)轉(zhuǎn)變的作用[14]。當(dāng)少量的毒物作用于機(jī)體時(shí)，首先與興奮受體相結(jié)合，激活有益的信號(hào)傳導(dǎo)通路，產(chǎn)生正向效應(yīng)；隨著毒物劑量的增加，毒物逐步與過(guò)渡受體和抑制受體相結(jié)合，同時(shí)激活不利的信號(hào)傳導(dǎo)通路，產(chǎn)生的負(fù)向效應(yīng)逐漸將正向效應(yīng)抵消，最后總體表現(xiàn)為抑制作用。在不同生物學(xué)模型中發(fā)現(xiàn)核轉(zhuǎn)錄因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）、叉頭轉(zhuǎn)錄因子（FOXO）、核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）和熱休克轉(zhuǎn)錄因子（HSF）等周期性的激活對(duì)于各種毒物興奮的刺激效應(yīng)是必要的[15]。

Conolly等[16]根據(jù)2個(gè)藥理學(xué)數(shù)據(jù)集與2個(gè)毒理學(xué)數(shù)據(jù)集提出了4個(gè)解釋雙相劑量-效應(yīng)曲線的生物學(xué)機(jī)制。（1）苯基異丙腺苷（PIA）對(duì)大鼠腦中腺苷酸環(huán)化酶活性的影響研究證實(shí)腦紋狀體中環(huán)磷腺苷（cAMP）的形成具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線，解釋為腺苷酸環(huán)化酶在相反方向調(diào)控的2個(gè)腺苷受體亞型的拮抗作用，導(dǎo)致在配體親和力與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)效能方面的一定差異。（2）在HepG2人肝癌細(xì)胞中，雄激素受體羥基氟他胺（HOF）介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)錄呈現(xiàn)非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線，低濃度的HOF部分拮抗初始劑量的雙氫睪酮（DHT）的效應(yīng)，而進(jìn)一步增加HOF濃度則表現(xiàn)為激動(dòng)活性；解釋為攜帶2個(gè)DHT或2個(gè)HOF配體的二聚體受體而非混合配體的二聚體有轉(zhuǎn)錄活性。（3）外源性致癌物誘導(dǎo)DNA修復(fù)形成DNA加合物的過(guò)程中，誘導(dǎo)修復(fù)能力不僅修復(fù)外源DNA加合物，而且修復(fù)背景DNA損傷。在低劑量時(shí)，修復(fù)誘導(dǎo)的有益效應(yīng)能過(guò)度補(bǔ)償增加的損傷。一旦修復(fù)誘導(dǎo)飽和，在高劑量外源物下觀察到總DNA損傷（背景加外源）將高于背景水平，從而導(dǎo)致雙相劑量-效應(yīng)關(guān)系。（4）細(xì)胞分裂作為DNA損傷修復(fù)的一個(gè)調(diào)節(jié)因子，低水平的DNA損傷假定減緩細(xì)胞周期，以使復(fù)制前能進(jìn)行更完全的DNA修復(fù)。而高水平的DNA損傷是有細(xì)胞毒性的，為此細(xì)胞分裂加速實(shí)現(xiàn)再生性增生。隨著DNA損傷劑的劑量增加，細(xì)胞分裂速率與突變速率顯示出雙相響應(yīng)。

2 毒物興奮效應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的影響

傳統(tǒng)上用于化學(xué)污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基本模型有兩種，如圖1所示，一種是線性閾值模型（Linear Threshold model，LT），它假設(shè)化學(xué)物在一定的暴露濃度下是安全的，即在閾劑量以下不存在風(fēng)險(xiǎn)，一般用于非致癌性物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；另一種是線性非閾值模型（Linear Non-Threshold model，LNT），假設(shè)只有當(dāng)劑量為零時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)才為零，一般用于化學(xué)致癌物質(zhì)及輻射的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[17]。具有雙相特征的毒物興奮效應(yīng)模型假設(shè)存在零等價(jià)劑量（Zero Equivalent Dose，ZED），ZED點(diǎn)以上為有害效應(yīng)，ZED點(diǎn)以下則呈有益效應(yīng)，毒物興奮效應(yīng)模型否定了低劑量效應(yīng)能從高劑量數(shù)據(jù)進(jìn)行外推的標(biāo)準(zhǔn)假設(shè)，這無(wú)疑對(duì)傳統(tǒng)線性劑量-效應(yīng)模型形成巨大挑戰(zhàn)。Calabrese[18]認(rèn)為應(yīng)當(dāng)將毒物興奮效應(yīng)模型作為毒理學(xué)、藥理學(xué)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的中心法則。

一般在非致癌物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，人類健康閾值制定采用的是動(dòng)物的無(wú)觀察效應(yīng)濃度（NOEC）除以安全系數(shù)獲得，安全系數(shù)一般定為100（10×10，分別代表種間差異與種內(nèi)差異），這樣所得的閾值不僅可能低于人的NOEC，而且也可能低于對(duì)人類健康的最佳有益濃度[19]。為此，Calabrese[20]提出為充分發(fā)揮毒物興奮效應(yīng)的有益作用，應(yīng)該將安全系數(shù)改為50。傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估外推是以線性模型為基礎(chǔ)的， 而根據(jù)毒物興奮效應(yīng)模型可知在低劑量下的毒性反應(yīng)并不遵循線性規(guī)律，提示以往所制定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)存在商榷之處，毒物興奮效應(yīng)模型將會(huì)對(duì)污染物殘留衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的制定帶來(lái)一定影響[21]。

毒物興奮效應(yīng)強(qiáng)調(diào)了污染物存在閾值，這就引發(fā)這樣一個(gè)討論：環(huán)境應(yīng)該治理到什么程度， 也就是說(shuō)多清潔才算清潔？ 公眾心目中零污染是最安全的，但是如果遵循毒物興奮效應(yīng)規(guī)律，污染物在低劑量時(shí)存在毒物興奮效應(yīng)并不一定是一件壞事，管理部門可有的放矢地控制污染，既能有效控制風(fēng)險(xiǎn)，又能控制成本。毒物興奮效應(yīng)的雙相劑量-效應(yīng)模型比傳統(tǒng)單調(diào)劑量-效應(yīng)模型更具有預(yù)測(cè)性。接受毒物興奮效應(yīng)的理論，在進(jìn)行低劑量化學(xué)物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，將可能放寬大氣、水體、食品和土壤的污染物暴露標(biāo)準(zhǔn)，并可削減環(huán)境管理的費(fèi)用。

毒物興奮效應(yīng)的觀點(diǎn)將徹底改變向公眾進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)交流的策略[21]。風(fēng)險(xiǎn)交流是在風(fēng)險(xiǎn)分析全過(guò)程中，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專業(yè)人員、風(fēng)險(xiǎn)管理行政人員、消費(fèi)者、企業(yè)、學(xué)術(shù)界和其他利益相關(guān)方就某項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)所涉及的因素和風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知相互交換信息和意見(jiàn)的過(guò)程，內(nèi)容包括風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的解釋和風(fēng)險(xiǎn)管理決策的依據(jù)[22]。正如現(xiàn)在已知長(zhǎng)期大量飲酒可增加患高血壓、食管癌、肝硬化和肝癌的風(fēng)險(xiǎn)，而少量適宜飲酒可降低冠心病和腦中風(fēng)的發(fā)生率；砒霜（三氧化二砷）被國(guó)際癌癥研究中心（IARC）定義為一級(jí)致癌物，但低劑量的砒霜可用于治療白血病。過(guò)去環(huán)境管理部門、公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)和公眾只強(qiáng)調(diào)化學(xué)物帶來(lái)的環(huán)境與食品安全風(fēng)險(xiǎn)，如果毒物興奮效應(yīng)觀點(diǎn)被采納，公共風(fēng)險(xiǎn)管理與交流的面貌將會(huì)完全改觀。

在醫(yī)學(xué)上，許多抗生素和抗腫瘤藥物都表現(xiàn)出雙相劑量-響應(yīng)，一個(gè)劑量可能是臨床有效的， 但另一劑量則可能是有害的。如抗腫瘤藥蘇拉明在高劑量下抑制癌細(xì)胞增殖，但其在人體中的殘留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40～50 d，這段時(shí)間內(nèi)癌細(xì)胞將有可能處于蘇拉明的毒物興奮效應(yīng)濃度區(qū)域而促進(jìn)癌細(xì)胞增殖[23]。體內(nèi)試驗(yàn)表明非常低劑量的常用抗生素如青霉素[24]和鏈霉素[25]可以增加感染傷寒埃氏桿菌的小白鼠的死亡率，而在較高劑量時(shí)卻可以降低其死亡率。因此，毒物興奮效應(yīng)的存在不僅為完善臨床治療方案提供了新的機(jī)會(huì)，同時(shí)也提出了新的挑戰(zhàn)。

在農(nóng)業(yè)上，已發(fā)現(xiàn)一些農(nóng)藥對(duì)昆蟲(chóng)的活力能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)，在使用農(nóng)藥特別是殺蟲(chóng)劑時(shí)值得關(guān)注。如吡蟲(chóng)啉對(duì)目標(biāo)害蟲(chóng)桃蚜的生殖具有毒物興奮效應(yīng)，高劑量時(shí)顯著抑制桃蚜生殖力，但低劑量時(shí)（0.000 1～0.1 mg/kg）能刺激桃蚜產(chǎn)卵行為[26]。低劑量（0.001～0.1 mg/kg）吡蟲(chóng)啉能顯著提高瓢蟲(chóng)的捕食量及相對(duì)活力，從而增強(qiáng)其控害效能[27]。薊馬取食含有少量馬拉硫磷的柑桔葉片后，雌蟲(chóng)產(chǎn)卵能力顯著高于未處理的雌蟲(chóng)[28]。Morse[29]建議進(jìn)行農(nóng)藥登記時(shí)，為全面了解農(nóng)藥的可能影響，需要考慮農(nóng)藥的毒物興奮效應(yīng)。

毒物興奮效應(yīng)中有益效應(yīng)的評(píng)判應(yīng)進(jìn)行綜合考慮，大量事實(shí)表明簡(jiǎn)單的刺激作用并不總是有利。細(xì)胞色素P450酶、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）是動(dòng)物體內(nèi)的重要解毒酶系，一些毒物作用機(jī)體后會(huì)導(dǎo)致這些酶系活力的升高，這正是毒物發(fā)揮有害作用導(dǎo)致的；而且P450、GST酶活力的升高會(huì)增加致突變物損傷DNA的風(fēng)險(xiǎn)[30]。類似地，在某一劑量下毒物可能對(duì)生物體內(nèi)某些指標(biāo)有益， 而對(duì)另一些生物指標(biāo)卻不利。如低劑量2，3，7，8-四氯二苯并二噁英（TCDD）可使腦垂體、子宮、乳腺和胰腺的腫瘤發(fā)生率降低，卻使肝、肺、舌和鼻咽部的腫瘤發(fā)生率增加[8]。危險(xiǎn)度確定應(yīng)根據(jù)劑量對(duì)健康的凈作用而不是單一劑量對(duì)單一疾病終點(diǎn)的作用，如總的死亡率而不是特定的致死性疾病[31]。

生物體一般都是暴露于多種環(huán)境污染物構(gòu)成的混合物中。Ge等[32]應(yīng)用濃度加和（CA）模型預(yù)測(cè)了10個(gè)離子液體混合物對(duì)熒光素酶的毒性，觀察到離子液體組分均呈現(xiàn)最大刺激效應(yīng)時(shí)，其混合物卻表現(xiàn)出較高的抑制效應(yīng)（圖2）。這種"益中生害"的現(xiàn)象在單調(diào)劑量-效應(yīng)模型框架下是不可理解和無(wú)法預(yù)測(cè)的，所以毒物興奮效應(yīng)中的有益效應(yīng)還應(yīng)放在混合物背景下進(jìn)行評(píng)判，在毒物興奮效應(yīng)框架下建立污染物殘留限量標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)考慮混合暴露因素。關(guān)于混合物毒物興奮效應(yīng)，目前討論的焦點(diǎn)有實(shí)踐中是否需要使用雙相劑量-效應(yīng)模型進(jìn)行有害效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；混合物毒物興奮效應(yīng)的刺激幅度和刺激范圍是否能預(yù)測(cè)；混合物的毒物興奮效應(yīng)是否總能預(yù)測(cè)；雙相劑量-效應(yīng)模式下協(xié)同與拮抗如何定義等。由于混合物中組分的最大刺激效應(yīng)存在差異，CA模型存在某些預(yù)測(cè)盲區(qū)，這是今后混合物毒物興奮效應(yīng)預(yù)測(cè)與評(píng)估中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3 抗生素的毒物興奮效應(yīng)

抗生素對(duì)動(dòng)物的一些生理指標(biāo)能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)。Flaherty等[33]觀察到36 μg/L氟西汀30 d慢性暴露能顯著增加大型蚤產(chǎn)卵量，10 μg/L氯貝酸6 d急性暴露能顯著增加其性別比例，解釋為大型蚤繁殖力的增加可能是氟西汀慢性暴露導(dǎo)致體內(nèi)平衡破壞后矯枉過(guò)正的反映，即在有限的時(shí)間內(nèi)對(duì)低水平脅迫的適應(yīng)性響應(yīng)。丁君等[34]研究了四種抗生素對(duì)海膽抗氧化酶和脂質(zhì)過(guò)氧化的影響，結(jié)果表明海膽體液超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）的活性隨處理時(shí)間呈先增加后下降的趨勢(shì)且在第9天達(dá)到最大活性；丙二醛（MDA）含量隨處理時(shí)間呈上升趨勢(shì)，毒物興奮效應(yīng)發(fā)生在實(shí)驗(yàn)早期階段；處理15 d后，鹽酸四環(huán)素和氨芐青霉素作用的MDA含量高于對(duì)照。環(huán)丙沙星對(duì)大鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖[35]與人類成纖維細(xì)胞存活率[36]能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)，分析可能是活性氧、細(xì)胞增殖和細(xì)胞活力之間復(fù)合的劑量-效應(yīng)曲線所致。

抗生素對(duì)植物的生長(zhǎng)與藻類的繁殖能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng)。濃度50～5 000 μg/L的氟甲喹對(duì)千屈菜暴露35 d后，能增加菜葉和次生根的平均數(shù)目和直徑，在50 μg/L時(shí)刺激效應(yīng)最大[37]。鹽酸金霉素和土霉素對(duì)玉米的主根長(zhǎng)度、地上部分長(zhǎng)度、葉片數(shù)目能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng)[38]。恩諾沙星對(duì)黃瓜、萵苣、菜豆與蘿卜的初生根、下胚軸和子葉的長(zhǎng)度以及葉片的數(shù)目/長(zhǎng)度都能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)[39]。鹽酸環(huán)丙沙星、鹽酸土霉素和磺胺二甲嘧啶在高濃度（>10 μg/L）對(duì)蘆葦?shù)母祷盍腿~片葉綠素具有毒性，而在低濃度（0.1～1 μg/L）則發(fā)生刺激效應(yīng)[40]。諾氟沙星對(duì)芽期玉米的根和芽中MDA含量以及過(guò)氧化物酶（POD）、GST、SOD和CAT等抗氧化酶的活性具有毒物興奮效應(yīng)[41]。10 μg/L的四環(huán)素對(duì)浮萍的刺激效應(yīng)達(dá)到26%，10 μg/L的布洛芬對(duì)藍(lán)藻的刺激效應(yīng)達(dá)到72%[42]。諾氟沙星對(duì)蛋白核小球藻的7-乙氧基異吩惡唑酮脫乙基酶（EROD）和CAT活性能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng)[43]。頭孢拉定能刺激羊角月牙藻的生長(zhǎng)，頭孢氨芐和7-氨基頭孢霉烷酸對(duì)羊角月牙藻具有明顯的毒物興奮效應(yīng)[44]。鏈霉素對(duì)亞心形扁藻、新月菱形藻、小球藻、金藻8701、三角褐指藻和角毛藻的生長(zhǎng)具有刺激效應(yīng)[45]。研究表明刺激植物生長(zhǎng)的分子靶位是煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）氧化酶（NOX），一些溶劑如醋酸乙酯、丙酮、苯、二甲苯、氯仿和四氯化碳在低濃度時(shí)能增加與生長(zhǎng)有關(guān)的NOX蛋白質(zhì)的活性[46]。而NOX的活性與細(xì)胞生長(zhǎng)速率密切相關(guān)，能夠決定細(xì)胞的分裂速度[47]。

抗生素對(duì)微生物的生理活動(dòng)也能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng)?？股氐幕旌衔飳?duì)著生藻類能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)[48]。磺胺甲惡唑、磺胺吡啶、磺胺嘧啶、磺胺異惡唑、磺胺間甲氧嘧啶和磺胺氯噠嗪對(duì)明亮發(fā)光桿菌能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)[49]?；前芳讗哼?、甲氧芐啶、磺胺甲氧噠嗪及其混合物對(duì)費(fèi)氏弧菌能產(chǎn)生毒物興奮效應(yīng)[50]。土霉素對(duì)青海弧菌與費(fèi)氏弧菌能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)[51]。硫酸安普霉素和硫酸巴龍霉素對(duì)青?；【?4 h毒性呈現(xiàn)毒物興奮效應(yīng)[52]，這反映了毒物興奮效應(yīng)的時(shí)間依賴性。四環(huán)素在遠(yuǎn)低于最小抑制濃度（4 μg/mL）的范圍（0.015～0.03 μg/mL）對(duì)大腸桿菌呈現(xiàn)毒物興奮效應(yīng)菌落形成單位（CFU）相對(duì)空白上升到141%～121%[53]。磺胺嘧啶、磺胺甲惡唑和土霉素能抑制土壤細(xì)菌和放線菌生長(zhǎng)，使土壤微生物的生物量明顯下降，但能促進(jìn)土壤真菌生物量增加[54]。Linares等[55]發(fā)現(xiàn)妥布霉素、四環(huán)素、環(huán)丙沙星對(duì)銅綠假單胞菌生物膜形成能力具有毒物興奮效應(yīng)，認(rèn)為抗生素應(yīng)當(dāng)看作是調(diào)節(jié)微生物群落動(dòng)態(tài)平衡的信號(hào)分子。Calabrese等[56]研究了1 888種抗菌劑在低于毒理學(xué)閾值以下的濃度對(duì)大腸桿菌生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)處理的響應(yīng)顯著大于空白，符合毒物興奮效應(yīng)特征。

抗生素對(duì)動(dòng)物、植物、微生物等均能導(dǎo)致毒物興奮效應(yīng)，毒物興奮效應(yīng)具有一定的普遍性。Calabrese[57]認(rèn)為應(yīng)將毒物興奮效應(yīng)模型視為劑量-效應(yīng)關(guān)系的預(yù)設(shè)形式，污染物對(duì)生物體的毒物興奮效應(yīng)是普遍存在的，與所研究的生物模型、觀察終點(diǎn)、受試化學(xué)物質(zhì)的種類無(wú)關(guān)。但這并不意味著毒物興奮效應(yīng)在自然界與文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻率是一樣的，已經(jīng)檢驗(yàn)的例子證實(shí)該數(shù)值在20%～25%或更低，而毒物興奮效應(yīng)在人體中令人信服的證據(jù)則更少[58]。此外，單終點(diǎn)的毒物興奮效應(yīng)不能用于解釋多毒性終點(diǎn)、靶器官和所有機(jī)理，所以不應(yīng)將毒物興奮效應(yīng)機(jī)理全能化，毒物興奮效應(yīng)只有與具體的毒性終點(diǎn)與分子機(jī)制結(jié)合起來(lái)討論才有意義，否則毒物興奮效應(yīng)的普遍性將喪失建立的基礎(chǔ)。

為了尋找化學(xué)物的毒物興奮效應(yīng)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)用優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法。正常情況下毒物興奮效應(yīng)的刺激范圍窄，通常只有一個(gè)數(shù)量級(jí)；刺激幅度很小，只比對(duì)照組高30%～60%，因此需要有巧妙的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，來(lái)避免錯(cuò)過(guò)毒物興奮效應(yīng)的最佳觀測(cè)時(shí)機(jī)[5]。毒物興奮效應(yīng)的劑量通常比NOEC低10倍左右，要想得到理想的毒物興奮效應(yīng)曲線，需要按照劑量等比稀釋等優(yōu)化方法選擇劑量范圍，設(shè)計(jì)合適的劑量組數(shù)和劑量間距來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。其次，暴露時(shí)間是一個(gè)重要影響因素。如一些抗生素在15 min發(fā)光菌毒性試驗(yàn)中沒(méi)有毒物興奮效應(yīng)，而在24 h發(fā)光菌毒性試驗(yàn)中則出現(xiàn)毒物興奮效應(yīng)。再次，指示生物和毒性終點(diǎn)的選擇也很重要。如雙酚A對(duì)人乳腺癌細(xì)胞增殖具有毒物興奮效應(yīng)，而對(duì)發(fā)光菌發(fā)光則表現(xiàn)為抑制效應(yīng)?；前范籽踵奏?duì)千屈菜的根、子葉、子葉葉柄總是呈現(xiàn)毒性作用，而對(duì)節(jié)間和葉片長(zhǎng)度表現(xiàn)出劑量依賴的毒物興奮效應(yīng)[59]。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，盡管抗生素在環(huán)境中的濃度較低，但其對(duì)環(huán)境生態(tài)的威脅和人類健康的影響是巨大的。早在上世紀(jì)90年代歐盟各國(guó)已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)環(huán)境中抗生素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究，并對(duì)醫(yī)用抗生素和獸用抗生素做了嚴(yán)格的限定；美國(guó)在2001年開(kāi)始水體中抗生素殘留的大范圍調(diào)查和研究[60]。我國(guó)抗生素的生產(chǎn)及使用情況較歐盟和美國(guó)更甚，更需重視其在環(huán)境中的生物效應(yīng)研究，將來(lái)應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注以下幾個(gè)方面。

（1）抗生素對(duì)有機(jī)體低濃度長(zhǎng)期暴露的生物效應(yīng)。目前對(duì)抗生素生物效應(yīng)的了解多是來(lái)自高濃度抗生素對(duì)水生生物和微生物的急性毒性數(shù)據(jù)，這顯然與實(shí)際環(huán)境中抗生素的低濃度長(zhǎng)期殘留狀況存在較大差異，同時(shí)由于毒物興奮效應(yīng)的存在，由高濃度急性毒性數(shù)據(jù)外推至低濃度慢性暴露時(shí)需要十分小心。隨著環(huán)境衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)的提高，研究抗生素低濃度長(zhǎng)期暴露的生物效應(yīng)已迫在眉睫。

（2）抗生素毒物興奮效應(yīng)的作用機(jī)制。毒物興奮效應(yīng)顯示出劑量-效應(yīng)關(guān)系從單調(diào)向雙相模式的轉(zhuǎn)變，對(duì)毒理學(xué)、藥理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和農(nóng)藥學(xué)等許多方面都產(chǎn)生影響，將可能改變傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模式[61]。通過(guò)融入環(huán)境基因組學(xué)與毒理基因組學(xué)等方法，對(duì)抗生素毒物興奮效應(yīng)的作用機(jī)制將有更加完整的認(rèn)識(shí)，從而對(duì)更加合理有效的使用抗生素做出指導(dǎo)。

（3）抗生素混合物的環(huán)境生態(tài)效應(yīng)。環(huán)境中的抗生素主要是以混合物形式存在于水體或土壤中，抗生素間發(fā)生協(xié)同或拮抗的毒性相互作用現(xiàn)象也較普遍。因此，還需要對(duì)實(shí)際環(huán)境中濃度多變、組分復(fù)雜的抗生素混合物的生物效應(yīng)開(kāi)展預(yù)測(cè)與評(píng)估工作。

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