【摘要】 本文综述EST研究：消毒副产物（DBPs）的毒性机制与风险评估进展。科学指南针提供专业水样检测服务，支持DBPs分析与管理。

本文综述发表于《Environmental Science & Technology》（一区TOP，IF=10.8）的研究，系统梳理了1974-2024年间饮用水消毒副产物（DBPs）的毒性研究进展。随着气候变化导致水源水质下降，新兴DBPs不断出现，其健康风险评估亟待完善。科学指南针环境检测平台基于此类前沿研究，为水样中DBPs分析提供技术支持。

 

研究背景与意义

饮用水消毒是保障公共健康的关键措施，但氯、氯胺等消毒剂与水中有机物反应生成消毒副产物（DBPs）。过去50年间，已确认的DBPs超过700种，但其毒性机制和风险评估仍存在空白。本研究通过整合多组学数据与毒性作用模式（MOA）框架，旨在推动基于机制的风险评估体系建立，为水处理策略优化提供科学依据。

 

创新点概述

动态时分辨毒理基因组学策略

研究提出采用时间分辨的转录组学或代谢组学方法，追踪DBPs暴露下细胞通路的动态响应。这种策略有助于理解毒性机制的时序变化，从急性暴露到慢性效应的全过程，突破传统静态检测的局限。

综合数据库构建

研究团队整理了1974-2024年间文献确认的716种DBPs，建立开放获取的数据库。数据库不仅包含化合物名称和CAS号，还提供标准化IUPAC名称和计算化学标识符，为毒性比较提供基础。

结构-毒性关系深化

研究批判性分析了现有DBP分类框架（如卤素类型或元素组成），指出毒性高度依赖具体生物测试终点和细胞模型。这种结构依赖性和机制多样性要求更精细的风险评估方法。

Figure.1：1974年至2024年间已确认的716种消毒副产物的桑基图。

 

研究结果解析

DBPs化学多样性分析

过去50年共确认716种DBPs，涵盖多种来源和结构：

  • 样品来源：真实饮用水、模拟水、游泳池水、温泉水、废水

  • 消毒工艺：氯化、氯胺化、臭氧氧化等

  • 化学组成：碳基DBPs、氮基DBPs、无机DBPs

  • 卤代类型：氯代、溴代、碘代及非卤代DBPs

数据库的桑基图显示，DBPs的结构复杂性远超当前监管范围，约70%的卤代有机物成分仍属未知。

毒性作用模式框架

DBPs的毒性机制可分为三类：

  • 非特异性毒性：通过线粒体功能障碍诱导细胞凋亡或坏死

  • 特异性毒性：干扰核受体、神经递质受体或代谢酶

  • 反应性毒性：包括遗传毒性（DNA结合）和氧化应激（生物大分子损伤）

这一框架整合了零散知识，为机制导向的毒性研究提供路线图。

毒理基因组学整合

研究强调需采用多组学方法（基因组、转录组、蛋白质组、代谢组）解析DBPs的跨层级效应：

  • 基因组：遗传易感性分析

  • 转录组/表观组：调控响应追踪

  • 蛋白质组：功能执行评估

  • 代谢组：表型结局关联

动态时间分辨策略能捕捉早期应激、累积损伤及恢复阶段，弥补单一时间点研究的不足。

Figure.2：代表性毒性作用模式： 此图总结了消毒副产物诱导毒性的主要作用模式：(I) 非特异性毒性（基线毒性）：通过线粒体功能障碍导致细胞凋亡和坏死；(II) 特异性毒性：通过外源物感应及激素干扰核受体、神经递质受体干扰，以及代谢酶抑制实现；(III) 反应性毒性：包括遗传毒性（直接DNA结合与修复抑制）和氧化应激（DNA、脂质和蛋白质氧化）。Nrf2、p53和NF-kB等通路介导了适应性或不良结局。时间线反映了从1974年至2024年对其机制认识的演变过程。

Figure.3：代表性DBPs诱导的毒理基因组学方法示意图。

 

研究结论与展望

当前挑战

  • DBPs未知性：已确认DBPs仅占消毒后有机物的30%，多数成分未识别

  • 混合毒性：真实水体中DBPs以混合物形式存在，联合效应（相加、协同或拮抗）研究不足

  • 机制复杂性：毒性依赖具体结构和生物背景，简单分类框架存在误导风险

未来方向

  • 系统毒理学：整合多组学数据构建毒性扰动网络

  • 新技术应用：采用非靶向质谱、人工智能识别关键毒性驱动因子

  • 下一代测试平台：使用类器官、器官芯片等模型替代传统方法，提升环境相关性

 

科学指南针服务支持

消毒副产物检测是水样安全评估的关键环节。科学指南针环境检测平台提供DBPs全流程分析服务，包括样品前处理、色谱-质谱联用检测及毒性评估【科学指南针·水样检测·2024】。我们的技术团队支持饮用水、废水等基质中新兴污染物的筛查与风险评估，助力公共健康保障。如需检测方案或数据解读，欢迎联系科学指南针工程师团队。