潘永正，孫昊宇，王大力，林志芬，印春生,*，巫曉丹

1. 上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海2013062. 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092

混合污染物聯(lián)合毒性評(píng)價(jià)模型曲線和實(shí)際濃度效應(yīng)曲線之間交叉現(xiàn)象的研究進(jìn)展

潘永正1，孫昊宇2，王大力2，林志芬2，印春生1,*，巫曉丹1

1. 上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海2013062. 污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海200092

許多研究在使用評(píng)價(jià)模型進(jìn)行混合物聯(lián)合作用模式判別時(shí)發(fā)現(xiàn)，混合污染物的評(píng)價(jià)模型曲線和濃度效應(yīng)曲線之間存在交叉的現(xiàn)象，表現(xiàn)為聯(lián)合作用模式隨混合物濃度發(fā)生變化。雖然交叉現(xiàn)象不斷被報(bào)道出來，但是該現(xiàn)象形成機(jī)制的研究卻非常欠缺。本文系統(tǒng)分析了文獻(xiàn)中出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象，探討了交叉現(xiàn)象可能的形成原因和機(jī)制，提出了化合物的hormesis效應(yīng)是導(dǎo)致交叉現(xiàn)象的關(guān)鍵因素：混合組分中某些化合物在低濃度時(shí)會(huì)對(duì)受試生物的某些蛋白、基因等的表達(dá)量產(chǎn)生刺激作用，影響其他化合物對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的效應(yīng)，從而改變混合組分的聯(lián)合作用模式。該研究不僅為交叉現(xiàn)象形成機(jī)制的進(jìn)一步探索提供了理論依據(jù)，還為混合物的生態(tài)毒理評(píng)估和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供理論指導(dǎo)。

混合污染物；交叉現(xiàn)象；聯(lián)合作用模式；評(píng)價(jià)模型；濃度效應(yīng)曲線；Hormesis效應(yīng)

Received18 January 2017accepted13 March 2017

Abstract: Previous studies have found that there is a cross phenomenon between evaluation model curve and concentration-response curve of mixture pollutants when using the evaluation model to judge the joint toxic action of mixtures, which is characterized by the joint toxic action varying with the concentration of mixtures. Although cross phenomenon has been reported in many researches, the mechanistic investigation on this phenomenon is extremely limited. This study systematically analyzed the cross phenomenon reported in studies and discussed the potential mechanism, which found that hormesis might be the key factor resulting in cross phenomenon: some components in mixtures might cause the stimulatory effect on the expression of certain proteins or genes at low concentration that would change the effect of other components on the test organism. This study not only provides a basis for the further mechanistic exploration on cross phenomenon, but also provides theoretical guidance for ecologically toxicological evaluation and environmental risk assessment of mixture pollutants.

Keywords: mixture pollutants;cross phenomenon; joint toxic action; evaluation model; concentration-response curve; hormesis

近50年來，人們對(duì)單一污染物的理化性質(zhì)及環(huán)境行為進(jìn)行了相當(dāng)詳細(xì)的研究，并取得了許多相應(yīng)的成果，為污染治理和環(huán)境保護(hù)提供了大量的基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)[1]。然而隨著科學(xué)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生存環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，強(qiáng)烈地意識(shí)到全球化學(xué)污染的今天，生物體常常更多地、也更普遍地暴露于多組分污染物存在的復(fù)雜體系中，很少僅受到單個(gè)化學(xué)污染的作用[2]。種類繁雜的污染物往往會(huì)產(chǎn)生各種不同的聯(lián)合作用模式，比如協(xié)同效應(yīng)和拮抗效應(yīng)[3-6]。這種聯(lián)合作用模式的不確定會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成潛在的威脅[7]。此外，有研究表明，有些化合物即使在濃度極低的情況下混合存在時(shí)，也可能產(chǎn)生極強(qiáng)的協(xié)同效應(yīng)，導(dǎo)致較大的聯(lián)合毒性[4]，如果僅僅關(guān)注化合物的單一毒性而忽視其聯(lián)合毒性，就會(huì)導(dǎo)致低估污染物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和潛在威脅[8]。因此，關(guān)注更為接近環(huán)境現(xiàn)實(shí)的混合體系的聯(lián)合作用模式可以更為全面客觀地評(píng)價(jià)污染物對(duì)環(huán)境和生態(tài)的潛在威脅[9-10]。

為了對(duì)混合物的聯(lián)合毒性進(jìn)行探究，毒理學(xué)家研發(fā)了很多混合物毒性評(píng)價(jià)方法，主要分為指標(biāo)法和模型法兩大類。指標(biāo)法主要包括TU(toxicity unit)法[11-12]、AI(addition index)法[13]、MTI(mixture toxicity index)法[14]、λ法[15]、FE(factor of error)法[16]和ERR(effect residual ratio)法[17]等，其中TU法應(yīng)用最為普遍；模型法主要包括CA(concentration addition)模型[18]、IA(independent action)模型[19-22]、TSP(two step prediction)模型[23]和IFCA-IA(integrated fuzzy concentration addition and independent action)模型[24]等，其中CA模型及IA模型應(yīng)用較為廣泛。指標(biāo)法可以判別混合物某一固定濃度點(diǎn)的聯(lián)合作用模式，模型法可以從整個(gè)濃度區(qū)間上對(duì)混合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別。然而很多研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用模型法對(duì)混合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，出現(xiàn)了混合物預(yù)測(cè)模型曲線穿過了濃度效應(yīng)曲線(concentration-response curve, CRC)的現(xiàn)象，而這一現(xiàn)象在用指標(biāo)法進(jìn)行判別時(shí)并沒有觀察到，因此指標(biāo)法的局限性就得以顯現(xiàn)出來。但目前該現(xiàn)象尚未引起人們的重視。

Sun等[25]在探究磺胺類抗生素(SAs)和紅霉素(ERY)對(duì)大腸桿菌的聯(lián)合效應(yīng)時(shí)，首次將混合物的濃度效應(yīng)曲線穿過預(yù)測(cè)模型曲線的現(xiàn)象定義為“交叉現(xiàn)象”。交叉現(xiàn)象是一種非常直觀、但產(chǎn)生機(jī)理卻非常復(fù)雜的一種現(xiàn)象。這也是目前混合物聯(lián)合毒性研究中的問題和難點(diǎn)所在。對(duì)交叉現(xiàn)象的研究可以幫助研究者在研究混合物聯(lián)合作用模式出現(xiàn)交叉現(xiàn)象時(shí)更全面地分析混合物的聯(lián)合毒性，同時(shí)了解不同化合物在不同濃度范圍時(shí)可能存在的相互作用，為相關(guān)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供理論指導(dǎo)。

本文對(duì)現(xiàn)有文章中出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象進(jìn)行了系統(tǒng)地分析，旨在理論基礎(chǔ)上找出交叉現(xiàn)象形成的原因和機(jī)制，同時(shí)該研究也將為生態(tài)毒理評(píng)估和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供可靠的依據(jù)。

1 交叉現(xiàn)象研究的由來(Generation of cross phenomenon)

以混合物聯(lián)合作用模式研究中最常用到的TU50法和CA模型為例，對(duì)交叉現(xiàn)象的由來進(jìn)行介紹。TU50的值可以由以下公式計(jì)算而來[26-28]：

(1)

其中CA和CB分別表示二元混合物中組分A和B產(chǎn)生50%效應(yīng)時(shí)的濃度，EC50A和EC50B分別表示化合物A和B單獨(dú)作用時(shí)產(chǎn)生50%效應(yīng)時(shí)的濃度，CA模型可以定義為[29-31]：

(2)

其中Ci表示混合物產(chǎn)生x%效應(yīng)時(shí)組分i在混合體系中的濃度，ECxi表示組分i單獨(dú)作用產(chǎn)生x%效應(yīng)時(shí)對(duì)應(yīng)的化合物濃度，n表示混合物中的組分?jǐn)?shù)目。由公式可知，TU50法的計(jì)算值僅僅為CA模型曲線中的一個(gè)點(diǎn)。如圖1(a)所示，使用這2種方法對(duì)同一混合組分的聯(lián)合毒性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，如果混合物的實(shí)際濃度曲線和CA曲線相交，那么TU50法僅能判別混合物在50%效應(yīng)濃度點(diǎn)時(shí)的聯(lián)合作用模式(協(xié)同)，而用CA模型對(duì)混合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)卻出現(xiàn)了聯(lián)合毒性效應(yīng)隨時(shí)間發(fā)生變化的現(xiàn)象，即交叉現(xiàn)象。

Jim等[32]在用CA模型對(duì)10種有著不同作用機(jī)制的農(nóng)藥對(duì)費(fèi)式弧菌的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)了圖1(b)所示的交叉現(xiàn)象，即混合物展現(xiàn)出了低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的聯(lián)合作用模式。張瑾等[33]在用IA模型對(duì)離子液混合組分對(duì)青?；【鶴67的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了混合物的聯(lián)合作用模式隨濃度的增加發(fā)生變化的交叉現(xiàn)象，如圖1(c)所示。

2 交叉現(xiàn)象的現(xiàn)實(shí)存在(Cross phenomenon occurred in present studies)

本文對(duì)現(xiàn)有研究中出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象進(jìn)行了匯總，具體信息見表1。根據(jù)不同的判別模型將交叉現(xiàn)象分為3類：濃度加和模型下的交叉現(xiàn)象、獨(dú)立作用模型下的交叉現(xiàn)象和兩步預(yù)測(cè)模型下的交叉現(xiàn)象。

(1) 濃度加和模型下的交叉現(xiàn)象

濃度加和模型的概念由Loewe和Muischnek[34-35]提出，主要用于評(píng)價(jià)具有相似毒性作用方式的混合體系，根據(jù)公式(1)的定義，可以將其重新改寫為[19]：

(3)

式中：Pi表示混合物中組分i的濃度比例，ECx,mix表示混合物的毒性效應(yīng)為x%時(shí)對(duì)應(yīng)的混合體系的濃度，n表示混合物中的組分?jǐn)?shù)目。

Zhang等[36]在用CA模型對(duì)離子液和殺蟲劑之間的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)混合物展現(xiàn)了低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象，如圖2(a)所示。González-Pleiter等[37]在用CA模型對(duì)紅霉素、左氧氟沙星和四環(huán)素的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)紅霉素和左氧氟沙星的聯(lián)合作用模式展現(xiàn)了與圖2(a)類似的交叉現(xiàn)象，如圖2(b)所示；紅霉素和四環(huán)素的聯(lián)合作用模式呈現(xiàn)了相反的交叉現(xiàn)象：表現(xiàn)為低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗，如圖2(c)所示。張瑾等[33]在用CA模型對(duì)離子液混合組分的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度和中濃度拮抗、高濃度相加的交叉現(xiàn)象，如圖2(d)所示。張亞輝等[38]在用CA模型對(duì)3種氯酚化合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象，如圖2(e)所示。Christen等[39]在判別鄰苯二甲酸類混合物對(duì)抗雄激素活性的聯(lián)合作用模式時(shí)發(fā)現(xiàn)了圖2(f)和圖2(g)的交叉現(xiàn)象，圖2(f)展現(xiàn)了低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的變化的聯(lián)合作用模式；圖2(g)展示了低濃度和中濃度協(xié)同、高濃度相加的聯(lián)合作用模式變化趨勢(shì)。Thorpe等[40]在用CA模型判別污水中的雌性激素類化合物對(duì)虹鱒魚的聯(lián)合作用模式時(shí)，發(fā)現(xiàn)了圖2(h)所示的低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象。

圖1 (a)利用TU50法和濃度加和(CA)模型判別混合物的聯(lián)合作用模式；(b)CA模型在對(duì)10種有著不同作用機(jī)制的農(nóng)藥對(duì)費(fèi)式弧菌的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象；(c)獨(dú)立作用(IA)模型在對(duì)離子液混合組分對(duì)青?；【鶴67的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象注：CRC為濃度效應(yīng)曲線。Fig. 1 (a)Using TU50 method and concentration addition (CA) model to judge the joint toxic action of mixtures;(b)Cross phenomenon appeared when using CA model to judge the joint toxic action of 10 pesticides with different action mechanisms to Vibrio fischeri;(c)Cross phenomenon appeared when using Independent action (IA) model to judge the joint toxic action of ionic liquid mixture to Vibrio qinghaiensis sp. -Q67Note: CRC stands for concentration-response curve.

(2) 獨(dú)立作用模型下的交叉現(xiàn)象

獨(dú)立作用模型也稱效應(yīng)加和模型。與濃度加和模型不同，獨(dú)立作用模型適用于評(píng)價(jià)具有不同毒性作用機(jī)制的混合體系。這一概念是由Bliss[5]率先提出，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

(4)

式中：E(cmix)表示混合物的聯(lián)合毒性效應(yīng)(范圍0～1，即x%)，cmix表示混合物的總濃度，ci表示混合物產(chǎn)生x%效應(yīng)時(shí)對(duì)應(yīng)的組分i在混合體系中的濃度，E(ci)表示組分i單獨(dú)作用產(chǎn)生x%效應(yīng)時(shí)對(duì)應(yīng)的濃度。

Payne等[41]在用IA模型對(duì)4種有機(jī)氯類化合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)發(fā)現(xiàn)了圖3(a)和圖3(b)的交叉現(xiàn)象，圖3(a)展示了低濃度相加、中濃度協(xié)同和高濃度拮抗的變化的聯(lián)合作用模式；圖3(b)展現(xiàn)了低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象。Richter和Escher[42]在用IA模型對(duì)親電試劑混合組分的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度和中濃度相加、高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象，如圖3(c)所示。González-Pleiter等[37]在用IA模型對(duì)紅霉素、左氧氟沙星和四環(huán)素的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)紅霉素和左氧氟沙星展現(xiàn)了低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度協(xié)同的的交叉現(xiàn)象，如圖3(d)所示；紅霉素和四環(huán)素的聯(lián)合毒性呈現(xiàn)了低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象，如圖3(e)所示。陳浮等[43]在用IA模型對(duì)咪唑離子液對(duì)螢火蟲的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度相加、中濃度和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象，如圖3(f)所示。張晶等[44]在用IA模型對(duì)離子液體與樂果的聯(lián)合作用模式進(jìn)行探究時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度和中濃度相加、高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象，如圖3(g)所示。Backhaus等[45]在用IA模型對(duì)14種有著不同作用機(jī)制的混合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)了如圖3(h)所示的交叉現(xiàn)象，表現(xiàn)為低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度拮抗。

圖2 CA曲線和CRC交叉現(xiàn)象Fig. 2 Cross phenomenon between CA curve and CRC

(3) 兩步預(yù)測(cè)模型下的交叉現(xiàn)象

為了克服濃度加和和獨(dú)立作用模型的局限性，Junghans[23]等發(fā)展了兩步評(píng)價(jià)法。TSP模型可以用來判別既含有相同又含有不同作用方式的污染物組成的混合體系的聯(lián)合作用模式，TSP模型的基本原理是分步應(yīng)用CA和IA模型進(jìn)行聯(lián)合毒性的預(yù)測(cè)。模型操作的第一步，將所研究的混合體系中具有相同作用方式的化合物歸到一組，這樣混合體系根據(jù)作用方式的不同分成了若干組，應(yīng)用CA模型對(duì)各組組內(nèi)的聯(lián)合毒性進(jìn)行預(yù)測(cè)，自然各組之間的作用方式是不同的；第二步，應(yīng)用IA模型對(duì)具有不同作用方式的各組組間的聯(lián)合毒性進(jìn)行預(yù)測(cè)。這樣，就完成了對(duì)混合體系聯(lián)合毒性的預(yù)測(cè)[46]。把CA和IA模型組合到一個(gè)公式，進(jìn)行聯(lián)合作用模式的判別，如下所示：

(5)

式中：E(Cmix,mix)表示混合物的聯(lián)合毒性，E(Cmix,i)表示混合物中組分i的聯(lián)合毒性，n表示混合物根據(jù)作用模式的不同分成的組分?jǐn)?shù)。

Wang等[47]在用TSP模型對(duì)12種有著不同作用機(jī)制的有機(jī)混合物間的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)了圖4(a)和圖4(b)的交叉現(xiàn)象，圖4(a)展示了聯(lián)合作用模式隨濃度由低到高表現(xiàn)出從協(xié)同先變成相加，再變成拮抗，然后變成相加，最后變成協(xié)同的交叉現(xiàn)象；圖4(b)展示了低濃度和中濃度拮抗、高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象。Junghans[23]在用TSP模型對(duì)40種污染物質(zhì)組成的混合組分的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)，發(fā)現(xiàn)了聯(lián)合作用模式隨濃度由低到高表現(xiàn)出從拮抗先變成相加，再變成協(xié)同，然后變成相加，最后變成拮抗的交叉現(xiàn)象，如圖4(c)所示。Ge等[48]在用TSP模型對(duì)咪唑和吡啶的混合離子液的聯(lián)合作用模式進(jìn)行探究時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度和中濃度相加、高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象，如圖4(d)所示。

圖3 IA曲線和CRC交叉現(xiàn)象Fig. 3 Cross phenomenon between IA curve and CRC

圖4 兩步預(yù)測(cè)法(TSP)曲線和CRC交叉現(xiàn)象Fig. 4 Cross phenomenon between two step prediction (TSP) curve and CRC

從上面可以看出，交叉現(xiàn)象多出現(xiàn)于利用CA和IA模型對(duì)混合物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別的過程中，主要有以下2種：低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象；低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象。

3 交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的可能原因(Possible mechanism for cross phenomenon)

一些文章中對(duì)交叉現(xiàn)象可能的原因進(jìn)行了解釋：Zhang等[52]指出離子液與廢水的混合物呈現(xiàn)了明顯的協(xié)同作用，這可能是由于酸性環(huán)境下離子液的水解受阻，導(dǎo)致了其親脂性增加，進(jìn)而增強(qiáng)了離子液的毒性作用，但毒性相互作用的確切機(jī)理尚需進(jìn)一步的研究才能解釋[33]；據(jù)報(bào)道稱：一氯酚和二氯酚化合物的毒性作用方式屬于非特異性毒性作用，而高取代氯酚(三氯酚到五氯酚)為氧化偶聯(lián)呼吸劑，氯酚化合物毒性作用模式不同，可能是造成文中3種氯酚化合物對(duì)大型溞的聯(lián)合毒性和CA的預(yù)測(cè)曲線不完全吻合的原因之一[38]；陳浮等[43]在研究中指出，混合物的實(shí)際劑量曲線和預(yù)測(cè)模型曲線的差異主要是由混合組分的結(jié)合模式既有相似性又有相異性導(dǎo)致的；葛會(huì)林等[53]在探究多組分苯胺混合物的聯(lián)合毒性時(shí)指出，CA和IA模型在低效應(yīng)濃度時(shí)都低估了混合物的毒性，可能是因?yàn)閯┝啃?yīng)曲線(DRC)模型估算低效應(yīng)濃度時(shí)偏差較大的緣故；Sun等[25]通過測(cè)定的大腸桿菌體內(nèi)關(guān)鍵蛋白含量的變化，在通路水平上驗(yàn)證了磺胺類(SAs)抗生素和紅霉素(ERY)在低濃度時(shí)的拮抗作用是由SAs的hormesis效應(yīng)(是指當(dāng)化合物作用于受試生物時(shí)，先在低濃度下表現(xiàn)出促進(jìn)作用，隨著混合物濃度的增加，其毒性效應(yīng)會(huì)由促進(jìn)作用逐漸轉(zhuǎn)變成抑制作用的現(xiàn)象)引起的，這是首次利用實(shí)驗(yàn)從機(jī)理上對(duì)交叉現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。

我們發(fā)現(xiàn)目前對(duì)交叉現(xiàn)象的大部分解釋，都僅僅停留在表面的分析和猜測(cè)，而Sun等[25]則通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)機(jī)制引起的hormesis效應(yīng)是導(dǎo)致交叉現(xiàn)象的主要因素。我們也認(rèn)為這種機(jī)制可能就是解釋交叉現(xiàn)象產(chǎn)生原因的關(guān)鍵所在，因?yàn)榻徊娆F(xiàn)象和hormesis效應(yīng)都是效應(yīng)隨化合物濃度發(fā)生變化的現(xiàn)象，交叉現(xiàn)象表現(xiàn)為混合物的聯(lián)合作用模式隨暴露濃度的增加發(fā)生變化，hormesis效應(yīng)表現(xiàn)為化合物的毒性效應(yīng)隨暴露濃度的增加發(fā)生變化。

那么hormesis效應(yīng)是怎么引起交叉現(xiàn)象的呢？Sun等[25]在文章中給出了具體的解釋：高濃度時(shí)混合組分形成雙阻斷抑制細(xì)菌生長(zhǎng)使其聯(lián)合作用模式展現(xiàn)出協(xié)同作用，低濃度時(shí)的拮抗作用是由SAs的hormesis效應(yīng)引起的，這種低濃度下的hormesis效應(yīng)是由SAs對(duì)大腸桿菌sdiA mRNA表達(dá)的促進(jìn)作用并致使外排泵表達(dá)增加，使紅霉素(ERY)外排增加導(dǎo)致的；同時(shí)，隨時(shí)間變化的hormesis現(xiàn)象也導(dǎo)致了隨時(shí)間變化的交叉現(xiàn)象，這也是首次報(bào)道出隨時(shí)間變化的交叉現(xiàn)象。如圖5所示：隨著化合物暴露時(shí)間的增加，hormesis效應(yīng)中的刺激作用的濃度范圍和強(qiáng)度在不斷地發(fā)生變化，最大刺激作用的濃度由T1時(shí)的C1轉(zhuǎn)化成T2時(shí)的C2，同時(shí)包含該化合物的混合組分的交叉現(xiàn)象也相應(yīng)發(fā)生變化，C2濃度時(shí)的聯(lián)合作用模式由T1時(shí)協(xié)同作用轉(zhuǎn)變成了T2時(shí)的拮抗作用；因此可以看出，交叉現(xiàn)象和hormesis在效應(yīng)隨時(shí)間的變化上也有著很好的一致性。

其實(shí)，有些文獻(xiàn)中已經(jīng)觀測(cè)到了hormesis效應(yīng)，卻忽略了從homesis的角度對(duì)交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行解釋。陳浮等[43]在用IA模型判別咪唑離子液1-己基-3-甲基咪唑氯和1-辛基-3-甲基咪唑氯的聯(lián)合作用模式時(shí)，發(fā)現(xiàn)了低濃度相加、中濃度和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)現(xiàn)化合物1-己基-3-甲基咪唑氯和1-辛基-3-甲基咪唑氯的濃度效應(yīng)曲線均出現(xiàn)了不同強(qiáng)度的hormesis效應(yīng)，因此，我們認(rèn)為混合物的交叉現(xiàn)象可能是由兩者的hormesis效應(yīng)共同引起的。Ge等[48]在用TSP模型對(duì)咪唑和吡啶的混合離子液的聯(lián)合作用模式進(jìn)行探究時(shí)發(fā)現(xiàn)了低濃度和中濃度相加，高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象，同時(shí)發(fā)現(xiàn)化合物氯苯、4-硝基苯酚和1,4苯二酚的濃度效應(yīng)曲線出現(xiàn)了hormesis效應(yīng)，因此，混合組分的交叉現(xiàn)象可能是由這3種組分的hormesis效應(yīng)引起的。Hormesis效應(yīng)導(dǎo)致交叉現(xiàn)象的可能機(jī)制：混合組分中某些化合物在低濃度時(shí)會(huì)引起受試生物中某些蛋白或基因等的刺激作用，會(huì)影響到其他組分對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的效應(yīng)，從而改變混合組分的聯(lián)合作用模式。

表1 現(xiàn)有文獻(xiàn)中的交叉現(xiàn)象Table 1 Cross phenomenon in previous studies

注：IFCA-IA表示綜合模糊濃度加和-獨(dú)立作用；*表示混合物包含的化合物的種類相同，但每種化合物所占的比例不同。

Note: IFCA-IA stands for integrated fuzzy concentration addition-independent action; *means the mixture contains same chemicals but in different ratio.

此外，有些研究雖然出現(xiàn)了交叉現(xiàn)象，但在化合物的毒性試驗(yàn)中并沒有觀察到hormesis效應(yīng)，我們認(rèn)為可能是由以下因素引起的：(1)實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置的化合物的濃度范圍沒有達(dá)到hormesis效應(yīng)出現(xiàn)的要求；(2)實(shí)驗(yàn)條件或是實(shí)驗(yàn)中選擇的受試生物不利于hormesis的出現(xiàn)；(3)實(shí)驗(yàn)選擇的測(cè)試指標(biāo)和hormesis的出現(xiàn)沒有相關(guān)性。

圖5 Hormesis效應(yīng)引起交叉效應(yīng)Fig. 5 Cross phenomenon induced by hormesis effect

4 總結(jié)與展望(Conclusion and prospect)

目前用于判別混合物聯(lián)合作用模式的模型主要有CA和IA這2種。在用預(yù)測(cè)模型曲線對(duì)混合污染物的聯(lián)合作用模式進(jìn)行判別時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)不同的交叉現(xiàn)象。經(jīng)常出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象主要有2種：(1)低濃度拮抗、中濃度相加和高濃度協(xié)同的交叉現(xiàn)象；(2)低濃度協(xié)同、中濃度相加和高濃度拮抗的交叉現(xiàn)象。

通過對(duì)現(xiàn)有文章中出現(xiàn)的交叉現(xiàn)象的綜合分析和評(píng)價(jià)，我們發(fā)現(xiàn)混合物的預(yù)測(cè)模型曲線和濃度效應(yīng)曲線之間的交叉現(xiàn)象可能是混合物中某些組分的hormesis效應(yīng)引起的。Hormesis效應(yīng)導(dǎo)致交叉現(xiàn)象可能的機(jī)制是：混合組分中某些化合物在低濃度時(shí)會(huì)對(duì)受試生物的某些蛋白、基因等的表達(dá)產(chǎn)生刺激作用，影響其他組分對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的效應(yīng)，從而改變混合組分的聯(lián)合作用模式。

但是有關(guān)交叉現(xiàn)象的研究還有待進(jìn)一步的完善，主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：

(1)加強(qiáng)單一化合物hormesis效應(yīng)的研究。有些研究中沒有觀察到hormesis效應(yīng)，建議選用不同的受試生物和測(cè)試終點(diǎn)對(duì)化合物的毒性進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)合理地設(shè)置化合物的濃度范圍是觀察到hormesis效應(yīng)的關(guān)鍵因素。毒性測(cè)定的過程中也不能僅僅限定于混合物的種類，更應(yīng)該注意對(duì)混合物中的各組分在不同濃度比下的聯(lián)合效應(yīng)進(jìn)行探索。

(2)從hormesis的角度探究交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理。目前交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因還不夠明確，通過對(duì)現(xiàn)有文章中交叉現(xiàn)象的綜合分析和評(píng)價(jià)，我們發(fā)現(xiàn)交叉現(xiàn)象和hormesis效應(yīng)有著很好的一致性，為了進(jìn)一步解釋交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，我們提出并建議從hormesis效應(yīng)角度對(duì)交叉現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的探究。

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◆

ProgressinResearchesonCrossPhenomenonbetweenEvaluationModelCurveandActualConcentration-responseCurveofMixturePollutants

Pan Yongzheng1, Sun Haoyu2,Wang Dali2, Lin Zhifen2, Yin Chunsheng1,*, Wu Xiaodan1

1. College of Marine Ecology and Environment, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China2. State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170118002

2017-01-18錄用日期2017-03-13

1673-5897(2017)3-072-14

X171.5

A

印春生(1963—)，男，博士，教授，主要研究方向?yàn)楹Ｑ蠡瘜W(xué)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇。

同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究(重點(diǎn))項(xiàng)目(PCRRK16007)；國(guó)家自然科學(xué)面上基金(21377096, 21577105)；同濟(jì)大學(xué)英才(攀登)計(jì)劃(0400219287)；上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)(14DZ2261100)；同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(PCRRF14001)；上海市化學(xué)品分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(SCI2016-1)；中國(guó)博士后科學(xué)基金(2016M600332)

潘永正(1993-)，男，碩士，研究方向?yàn)槲⑸锒纠韺W(xué)，E-mail:1634671991@qq.com；

*通訊作者(Corresponding author)， E-mail: csyin@shou.edu.cn

潘永正, 孫昊宇, 王大力, 等. 混合污染物聯(lián)合毒性評(píng)價(jià)模型曲線和實(shí)際濃度效應(yīng)曲線之間交叉現(xiàn)象的研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2017, 12(3): 72-85

Pan Y Z, Sun H Y, Wang D L, et al. Progress in researches on cross phenomenon between evaluation model curve and actual concentration-response curve of mixture pollutants [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2017, 12(3): 72-85 (in Chinese)