2,2′,4,4′-四溴聯(lián)苯醚毒性的研究進(jìn)展

鄒天樂，劉筱靖，林 倩，李沙沙，楊 一，林桂淼*

(深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)部公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)教研室，廣東 深圳518060)

2,2′,4,4′-四溴 聯(lián) 苯 醚(2,2′,4,4′-tetra-bromodiphenyl ether，BDE-47)作為一種溴代阻燃劑，在過去幾十年內(nèi)被廣泛添加至電子產(chǎn)品、室內(nèi)裝飾品、紡織品、塑料和運輸工具等各種產(chǎn)品中。由于缺乏化學(xué)鍵的結(jié)合作用，BDE-47在生產(chǎn)、運輸、使用和拆卸過程中容易揮發(fā)或滲出進(jìn)入各種環(huán)境介質(zhì)。已有研究表明，它廣泛存在于水、土壤、空氣等環(huán)境介質(zhì)，食品和生物群中[1]。此外，由于其強親脂性和難降解性，BDE-47在環(huán)境中非常穩(wěn)定，極易在各種介質(zhì)(如生物體內(nèi)的脂肪和蛋白質(zhì))中積累，并通過生物蓄積作用沿著食物鏈逐漸放大。BDE-47可以通過消化道(肉類、魚類和飲用水等)、呼吸道、胎盤、母乳等途徑進(jìn)入人體進(jìn)而產(chǎn)生神經(jīng)、生殖發(fā)育、內(nèi)分泌、肝臟、免疫等毒作用[2]。

總體來看，BDE-47具有分布廣、難降解和毒性強等特點，是一種具有多種毒效應(yīng)的持久性有機污染物。本文綜述了BDE-47在環(huán)境及人群水平的暴露情況，及其對人和其他哺乳動物的多種毒效應(yīng)和毒性機制，以期為深入研究BDE-47及其同系溴代阻燃劑提供線索。

1 BDE-47的暴露情況

1.1 環(huán)境中的暴露水平

近年來，BDE-47在全球范圍內(nèi)的環(huán)境介質(zhì)和生物中均可以被檢測到[1]。在北美洲，來自紐芬蘭沿海水域的鱈魚和大菱鲆等高營養(yǎng)級海洋魚類的肝臟中可以檢測到9.17 ng/g的BDE-47，表明該海域已受其污染[3]。在歐洲，意大利阿迪杰河的沉積物中能夠檢測到1.9～2.8 ng/g的BDE-47[4]。在東南亞地區(qū)，印度尼西亞、菲律賓、新加坡、泰國和越南的工作場所、房屋、汽車和道路灰塵樣本中均檢測到不同濃度的BDE-47。其中在越南和泰國的一些非正式電子廢物處理區(qū)的沉降灰塵中發(fā)現(xiàn)BDE-47濃度明顯高于兩國的正常室內(nèi)灰塵水平，這表示原始電子廢物的拆卸、回收和儲存活動可以釋放大量BDE-47到周圍環(huán)境中。但總體而言，東南亞塵埃樣品中的BDE-47濃度在世界報告范圍內(nèi)處于較低水平[5]。

在我國，BDE-47是空氣污染中第二嚴(yán)重的多溴聯(lián)苯醚(poly brominated diphenyl ethers，PBDEs)同系物。大氣中BDE-47含量的順序為PBDEs生產(chǎn)廠區(qū)＞電子垃圾拆解區(qū)＞工業(yè)區(qū)＞大城市＞中小城市＞偏遠(yuǎn)地區(qū)。統(tǒng)計23個省份，檢測到室內(nèi)環(huán)境灰塵的BDE-47濃度為10.6 ng/g，主要來源于家用電器和家具[6]。另外在清遠(yuǎn)電子垃圾拆解區(qū)所采集的土壤樣本中，檢測到BDE-47濃度平均值為18.1 ng/g，且電子垃圾拆解區(qū)的含量顯著高于附近的居民區(qū)[7]。

1.2 人群暴露情況

BDE-47通過呼吸道、消化道、皮膚接觸、母乳和胎盤臍帶血等多種途徑進(jìn)入人體。世界各地包括美國、加拿大、韓國和日本等采集到的人類生物組織樣本如母乳、血液和脂肪中均可以檢測出BDE-47的存在[1，6，8]。北美人群含量較高，美國和加拿大人血清中的BDE-47濃度明顯高于其他國家，但由于美國政府對PBDEs的生產(chǎn)采取了相關(guān)的限制措施，在2008—2012年，加州孕婦血清當(dāng)中BDE-47濃度含量中位數(shù)從43.1 ng/下降至25.75 ng/g[8]。與北美洲相比，亞洲人群暴露水平較低，印度加爾各答抽取母乳樣品中檢測到的BDE-47含量中位數(shù)為0.84 ng/g，遠(yuǎn)低于美國和加拿大，但與日本、印度尼西亞和俄羅斯水平相當(dāng)[9]。在我國，血清BDE-47濃度相比各國處于較低水平，但由于大量電子產(chǎn)品廢棄物進(jìn)入我國，我國人血清中BDE-47含量并未下降，人群暴露風(fēng)險持續(xù)存在[6，8，10]。有研究發(fā)現(xiàn)臺州溫嶺電子垃圾回收站附近母乳中BDE-47中位含量為1.83 ng/g，水平顯著高于附近的居民區(qū)[6]，另外在清遠(yuǎn)電子垃圾拆解廠抽取38名男子，檢測他們血清中BDE-47平均濃度為2.61 ng/g[10]。

2 BDE-47的毒性

2.1 神經(jīng)毒性

神經(jīng)系統(tǒng)主要由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞組成，主導(dǎo)機體生理功能活動調(diào)節(jié)，在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，保持機體完整統(tǒng)一性及其與外環(huán)境協(xié)調(diào)平衡中充當(dāng)重要角色。許多研究表明，BDE-47具有明確的神經(jīng)毒性[11-18]。Azar等[11]研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)前暴露于BDE-47不利于兒童的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育，母親血清BDE-47水平每增加10倍，男孩總智商得分則下降4.4分。Ji等[12]綜合代謝組學(xué)、脂質(zhì)組學(xué)和蛋白組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，C57BL/6小鼠連續(xù)30 d灌胃BDE-47可誘導(dǎo)其大腦神經(jīng)遞質(zhì)(如多巴胺)紊亂、中腦和額葉皮層脂質(zhì)合成異常、大腦α-syn和tau蛋白磷酸化異常、腦氧化應(yīng)激和腦線粒體功能障礙。成年雌性Sprague-Dawley大鼠圍產(chǎn)期暴露BDE-47可導(dǎo)致其海馬神經(jīng)元丟失，產(chǎn)生記憶缺陷[13]。此外，BDE-47能夠顯著減弱PC12神經(jīng)細(xì)胞的線粒體呼吸，增強其糖酵解[14]。

BDE-47能夠通過多種機制對神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒性作用，主要包括：①激活離子型谷氨酸受體，BDE-47通過增加細(xì)胞外谷氨酸水平，進(jìn)而激活離子型谷氨酸受體，導(dǎo)致鈣水平升高與氧化應(yīng)激，最終導(dǎo)致小鼠小腦顆粒神經(jīng)元細(xì)胞死亡[15]；②抑制乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterase，AChE)活性，BDE-47可以與神經(jīng)系統(tǒng)的關(guān)鍵酶AChE結(jié)合，改變某些氨基酸殘基的微環(huán)境，導(dǎo)致AChE構(gòu)象發(fā)生變化，從而影響酶的活性和功能，產(chǎn)生神經(jīng)毒性[16]；③干擾軸突生長和神經(jīng)元信息傳遞，BDE-47不僅會在早期擾亂神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，還會在后期通過失調(diào)基因(包括CNTN2、LRRC4C、SLIT1、RELN和CBLN1)來干擾與軸突生長/引導(dǎo)和神經(jīng)元傳遞相關(guān)的過程，導(dǎo)致神經(jīng)元生成異常[17]；④信號通路調(diào)控異常，BDE-47可以干擾WNT通路，導(dǎo)致RSPO2、WLS、WNT8B和FZD8這4種基因表達(dá)異 常，另外，BDE-47還能夠顯著上調(diào)芳香烴受體(AHR)及其靶基因CYP1A1，激活A(yù)HR通路，引起神經(jīng)毒性[17]。此外，BDE-47還能夠顯著增強TrkA的轉(zhuǎn)錄水平，激活下游的ERK和PI3K通路，誘導(dǎo)PC12細(xì)胞的異常分化[18]。

總之，BDE-47對神經(jīng)系統(tǒng)的影響主要集中在中樞神經(jīng)系統(tǒng)，尤其是腦組織，對周圍神經(jīng)系統(tǒng)的毒性效應(yīng)尚不明確。另外，體外細(xì)胞模型主要采用神經(jīng)元細(xì)胞模型，對其他細(xì)胞如膠質(zhì)細(xì)胞的影響鮮有報道。

2.2 生殖發(fā)育毒性

生殖與發(fā)育是一個漫長的階段，涉及許多生理學(xué)過程，包括生殖細(xì)胞發(fā)育與成熟、受精、妊娠、胚胎發(fā)育和胎兒生長等。研究表明，BDE-47可通過多種暴露途徑對生殖和發(fā)育過程造成多種不利影響[2]。首先，BDE-47能夠影響生殖器官與生殖細(xì)胞的正常發(fā)育。Xu等[19]研究發(fā)現(xiàn)，BDE-47明顯損傷C57BL/6小鼠睪丸，引起生精上皮的退化和壞死，并導(dǎo)致附睪化膿性炎癥；此外，BDE-47能夠誘導(dǎo)雌性Sprague-Dawley大鼠卵巢細(xì)胞的凋亡[19-20]。其次，BDE-47能夠干擾胚胎發(fā)育過程。Robinson等[21]在人原代絨毛滋養(yǎng)層細(xì)胞(cytotrophoblasts，CTBs)模型上發(fā)現(xiàn)BDE-47對CTBs遷移/入侵能力均有顯著的抑制與破壞。最后，BDE-47還會影響子代的生長發(fā)育。在子宮內(nèi)和哺乳期接觸BDE-47，子代小鼠腸道菌群多樣性受損，參與脂質(zhì)代謝基因的mRNA水平發(fā)生顯著改變，且高脂飲食個體更易形成脂質(zhì)代謝異常與肥胖[22]。Luan等[23]以中國上海一出生隊列為調(diào)查對象分析發(fā)現(xiàn)，在12月齡與48月齡的男孩中，產(chǎn)前BDE-47暴露水平與肛門陰囊距離(anogenital distance，AGD)呈顯著的負(fù)相關(guān)，即BDE-47的暴露會對雄性后代生殖發(fā)育產(chǎn)生不利影響。

關(guān)于BDE-47引起生殖發(fā)育毒性的具體機制，研究發(fā)現(xiàn)主要有以下幾方面：①信號通路調(diào)控異常。BDE-47暴露后，C57BL/6小鼠睪丸中與男性生殖毒性相關(guān)的信號通路相關(guān)基因表達(dá)異常，如GP6、LXR/RXR等[19]。②提高氧化應(yīng)激水平。BDE-47羥基化代謝物可通過MAPK介導(dǎo)的途徑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，并劑量依賴性地促進(jìn)生殖細(xì)胞凋亡[20]。③性激素合成障礙。BDE-47可增加雄性Sprague-Dawley大鼠原代間質(zhì)細(xì)胞中DAX-1的表達(dá)，降低StAR和3β-HSD的表達(dá)，從而抑制睪酮的產(chǎn)生[24]。此外，BDE-47還可通過干擾Mfn2和Tspo等基因表達(dá)水平，影響線粒體形態(tài)、功能和膽固醇轉(zhuǎn)運，從而顯著降低孕酮的生物合成，引起生殖發(fā)育毒性[25]。

總體來看，BDE-47生殖與發(fā)育毒性方面的報道不多，BDE-47對生殖細(xì)胞尤其卵母細(xì)胞的發(fā)育和成熟的影響未見報道，BDE-47對受精、受孕、雌性后代生殖功能的影響也仍有待深入探究。

2.3 內(nèi)分泌毒性

內(nèi)分泌系統(tǒng)是除神經(jīng)系統(tǒng)外的另一重要機能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括多種內(nèi)分泌器官(如垂體、甲狀腺、胸腺及腎上腺等)和內(nèi)分泌細(xì)胞團(tuán)(如胰島)。內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的多種激素對機體生長發(fā)育、機能活動和新陳代謝起著重要的調(diào)節(jié)作用[26]。研究表明，BDE-47是一類重要的內(nèi)分泌干擾物[26-32]。首先，BDE-47明顯干擾了甲狀腺內(nèi)分泌活性。Cowell等[27]對158名兒童出生、2～3歲、5歲時的血清樣本進(jìn)行檢測和分析發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)前期或幼兒期高劑量暴露BDE-47的兒童其促甲狀腺素激素(thyroid stimulating hormone，TSH)含量顯著下降，甲狀腺激素水平(游離T4水平和總T4水平)也呈顯著負(fù)相關(guān)，且具有性別差異。Makey等[28]根據(jù)多變量混合回歸模型預(yù)測，人血清BDE-47水平每增加1 ng/g，總T4含量則降低2.6 μg/dL。與之結(jié)論不完全相同的是，Jacobson等[29]在80名非內(nèi)分泌疾病相關(guān)的1～5歲患者中檢測到BDE-47與TSH水平之間存在正相關(guān)。這些研究結(jié)果的差異可能與研究設(shè)計(橫斷面與前瞻性)、來源人群等有關(guān)，但均證實了BDE-47對甲狀腺內(nèi)分泌的干擾作用[27]。此外，BDE-47還能干擾其他激素穩(wěn)態(tài)。Gao等[30]對中國山東207名孕婦調(diào)查發(fā)現(xiàn)，BDE-47濃度每增加自然對數(shù)單位水平，促卵泡生成素水平約下降1.19 IU/L，二者呈顯著負(fù)相關(guān)。BDE-47(1 nmol/L～100 μmol/L)能夠以濃度和時間依賴性的方式增加HAC15腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞對醛固酮和皮質(zhì)醇的分泌[31]。此外，BDE-47還能夠促進(jìn)急性葡萄糖刺激下INS-1832/13胰島β細(xì)胞對胰島素的分泌，若長期或慢性暴露于BDE-47，極可能出現(xiàn)2型糖尿病的特征性表現(xiàn)，即胰島素分泌的慢性升高與胰島素抵抗[32]。

BDE-47對不同內(nèi)分泌細(xì)胞和器官產(chǎn)生毒性的機制不同。引起甲狀腺分泌異?？赡苡幸韵聝煞矫嬖颍孩貰DE-47及其羥基化代謝物、甲氧基化代謝物與T3、T4結(jié)構(gòu)相似，可與二者競爭甲狀腺激素結(jié)合球蛋白的結(jié)合位點，影響甲狀腺激素的轉(zhuǎn)運，從而干擾甲狀腺激素的內(nèi)分泌活性[26]。②產(chǎn)前暴露BDE-47可能會形成“反應(yīng)性的下丘腦-垂體-甲狀腺軸”，少量的TSH便可產(chǎn)生更多的T4[27]。此外，BDE-47還能夠通過多種機制干擾其他激素的分泌，如BDE-47能夠調(diào)控相應(yīng)酶尤其是CYP11B2的異常升高，從而影響腎上腺皮質(zhì)激素的合成[31]。BDE-47可通過甲狀腺激素受體介導(dǎo)并依賴Akt的激活，直接作用于胰島β細(xì)胞，從而干擾胰島素的分泌[32]。

以上結(jié)果表明，BDE-47能夠干擾多種激素穩(wěn)態(tài)，包括甲狀腺激素、腎上腺皮質(zhì)激素和胰島素等，但對其他內(nèi)分泌激素的影響報道較少，以及各激素失調(diào)之間的相互聯(lián)系仍不清晰。

2.4 肝臟毒性

肝臟是人體最大的消化腺，也是重要的解毒器官，同時參與多種代謝如維生素、脂質(zhì)和激素代謝等。BDE-47進(jìn)入體后長期蓄積在肝臟且不易被清除，多項研究表明它具有潛在的肝臟毒效應(yīng)[33-39]。體內(nèi)動物學(xué)實驗中，連續(xù)12周灌胃暴露于BDE-47[150 mg/(kg·d)]，能夠引起小鼠肝臟蛋白酶體功能障礙，誘導(dǎo)肝細(xì)胞凋亡[33]，甚至促進(jìn)肝臟炎癥反應(yīng)的發(fā)生，導(dǎo)致肝臟損傷[36]。BDE-47能促進(jìn)高脂飲食小鼠肝臟內(nèi)甘油三酸酯合成，顯著增加小鼠的體質(zhì)量、加重肝脂肪變性和肝纖維化[35]。此外，初產(chǎn)婦妊娠ICR小鼠從妊娠第6天到出生后第21天暴露于BDE-47[0.002和0.2 mg/(kg·d)]可惡化高脂飲食引起的肥胖，加重肝臟脂肪變性和損傷，導(dǎo)致葡萄糖穩(wěn)態(tài)失衡和代謝功能障礙[22]。

BDE-47能夠通過多種機制引起肝臟毒效應(yīng)，主要包括：①降低NAD+水平。BDE-47能夠誘導(dǎo)miR-34a-5p升高，抑制Sirt3/FoxO3a/PINK1信號傳導(dǎo)，從而觸發(fā)NAD+不足，導(dǎo)致小鼠線粒體功能障礙、活性氧(reactive oxygen species，ROS)產(chǎn)生過度最后增強氧化應(yīng)激水平而發(fā)生肝損傷[34]。BDE-47還可以通過降低NAD+代謝水平，導(dǎo)致NAMPT、SirT1蛋白的表達(dá)和活性下調(diào)，從而促進(jìn)肝臟炎癥反應(yīng)的發(fā)生[36]。②影響肝臟代謝酶的表達(dá)。三文魚原代肝細(xì)胞暴露于BDE-47后，肝細(xì)胞CYP1A的表達(dá)上調(diào)了7.41倍，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激響應(yīng)基因VTG和ZP3的表達(dá)也出現(xiàn)了顯著上調(diào)[37]。另有研究發(fā)現(xiàn)Hep-G2細(xì)胞暴露于BDE-47連續(xù)6 d，CYP1A1上調(diào)了10.5倍，從而誘發(fā)肝細(xì)胞毒性[38]。③破壞脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)。BDE-47的暴露導(dǎo)致Pparγ信號通路異常，脂肪酸轉(zhuǎn)位酶CD36表達(dá)增加，從而促進(jìn)脂肪酸攝取，同時抑制脂肪酸分解代謝，破壞脂質(zhì)穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致高脂飲食條件下出現(xiàn)肝臟炎癥反應(yīng)[35，39]。需要強調(diào)的是，由于采用的暴露途徑和實驗動物種類不同，不同研究學(xué)者報道引起肝臟毒效應(yīng)的暴露劑量也不盡相同。此外，關(guān)于BDE-47引起肝脂質(zhì)代謝異常的具體分子機制仍待進(jìn)一步探究。

2.5 免疫毒性

免疫系統(tǒng)由免疫器官、免疫分子和多種免疫細(xì)胞(如淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、嗜堿粒細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等)構(gòu)成，具有免疫防御、監(jiān)視和調(diào)控的作用。免疫系統(tǒng)與機體其他系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)，在維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和生理平衡中發(fā)揮重要作用。已有研究表明，BDE-47能夠影響多種免疫細(xì)胞的功能，誘導(dǎo)免疫毒效應(yīng)的產(chǎn)生[40-43]。首先，BDE-47能夠干擾巨噬細(xì)胞正常的生理功能，雖然BDE-47對巨噬細(xì)胞的吞噬功能無顯著影響，但能夠濃度依賴性地削弱巨噬細(xì)胞抗原呈遞能力。此外，BDE-47還能抑制淋巴細(xì)胞表面共刺激分子的表達(dá)，影響淋巴細(xì)胞活化，引起免疫功能的下降[40]。

進(jìn)一步的機制研究表明，BDE-47通過多種機制引起免疫毒效應(yīng)：①異常調(diào)控細(xì)胞因子及相關(guān)基因。BDE-47能夠顯著抑制巨噬細(xì)胞促炎因子(IL-1β、IL-6和TNF-α)的表達(dá)，上調(diào)CDH-1和下調(diào)MMP-12的表達(dá)，從而損害巨噬細(xì)胞的活性和功能反應(yīng)[41]。②促進(jìn)ROS生成。BDE-47暴露導(dǎo)致ROS過度產(chǎn)生，激活ERK和p38信號通路，從而促進(jìn)中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)的形成，誘導(dǎo)免疫毒性的產(chǎn)生[42]。③影響前列腺素受體表達(dá)。BDE-47能夠顯著抑制海豚皮膚成纖維細(xì)胞中合成前列腺素E2受體EP4的表達(dá)水平，通過PGE2-EPs-cAMP信號通路抑制抗炎細(xì)胞因子IL-10的分泌，從而破壞海豚的免疫系統(tǒng)[43]。

目前BDE-47對免疫系統(tǒng)的相關(guān)毒性研究較少，已有的研究主要集中在巨噬細(xì)胞上，對其他免疫細(xì)胞如淋巴細(xì)胞、肥大細(xì)胞等的影響還有待進(jìn)一步開展，尤其是肥大細(xì)胞介導(dǎo)的過敏反應(yīng)、淋巴細(xì)胞對外源刺激物(如脂多糖)的應(yīng)答等方面還值得深入探究。

2.6 其他毒性

研究發(fā)現(xiàn)BDE-47暴露與癌癥的發(fā)生發(fā)展具有相關(guān)性[8，44-45]。潮汕地區(qū)某醫(yī)院共招募了165例對照病例和209例乳腺癌病例，在手術(shù)期間從病例的乳腺和腹部脂肪組織中檢測發(fā)現(xiàn)，BDE-47的暴露水平與中國潮汕地區(qū)女性的乳腺癌風(fēng)險呈正相關(guān)[8]?；加腥橄侔┑陌⒗辜釉∶駤D女中，BDE-47暴露水平也顯著高于其他人群[44]。還有研究表明，BDE-47的慢性暴露能通過ERα/GPR30和EGFR/ERK信號通路，促進(jìn)子宮內(nèi)膜癌的發(fā)展[45]。

3 小結(jié)

綜上所述，BDE-47廣泛暴露于全球范圍內(nèi)的不同環(huán)境當(dāng)中，且能夠通過呼吸道、消化道、母乳等多種途徑進(jìn)入人體，進(jìn)而引起多種毒效應(yīng)，包括神經(jīng)毒性、免疫毒性、肝臟毒性、內(nèi)分泌毒性和生殖發(fā)育毒性等。

雖然BDE-47引起的毒效應(yīng)已經(jīng)得到廣泛研究，但是，產(chǎn)生各種毒效應(yīng)的具體機制還未完全闡釋清楚，且各種毒效應(yīng)之間是否存在關(guān)聯(lián)也仍未在現(xiàn)有的研究報道中體現(xiàn)。此外，目前BDE-47的毒效應(yīng)研究仍多集中于海洋生物上，而對人體的健康效應(yīng)研究相對較少。鑒于BDE-47在環(huán)境中的暴露水平較高，研究者們進(jìn)一步探究其對人體的健康效應(yīng)及其機制是尤為必要的。