楊曉溪，李姿慷，郭云鶴，劉艷娜，王 易，聶 童，周群芳，史建波，曲廣波，江桂斌

（中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室，北京 100085）

隨著工業(yè)的快速發(fā)展和科技的飛速進步，每年新合成的化學(xué)品不斷涌現(xiàn)，但受到監(jiān)管的化學(xué)品十分有限，進入環(huán)境中的潛在污染物數(shù)量以驚人的速度迅猛增加。環(huán)境污染被認(rèn)為是當(dāng)今世界誘發(fā)人類疾病甚至導(dǎo)致死亡的重要因素［1］，我國環(huán)境污染所導(dǎo)致的健康問題也已突顯［2］?；瘜W(xué)品隨著人們的生產(chǎn)生活釋放到各類環(huán)境介質(zhì)或食品中，種類繁多，復(fù)雜多變，一些化學(xué)品可在極低濃度下產(chǎn)生毒性，而一些本無毒性的物質(zhì)可與其他化合物協(xié)同發(fā)揮更強的毒性作用，呈現(xiàn)出復(fù)合毒性效應(yīng)［3］。此外，化學(xué)品在復(fù)雜介質(zhì)中的遷移轉(zhuǎn)化會產(chǎn)生各類轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，其毒性作用可能強于母體化合物［4］，提示著更多不可預(yù)測的風(fēng)險。

現(xiàn)有的污染物分析方法利用液相色譜-質(zhì)譜或氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)僅針對已知目標(biāo)化合物進行檢測，再基于濃度預(yù)測其毒性效應(yīng)，但忽略了大量的非目標(biāo)化合物或未知化學(xué)品，難以反映復(fù)雜體系中所有化合物的實際效應(yīng)［5］。利用活體動物或離體細(xì)胞的生物效應(yīng)檢測方法可以直接評估樣品的毒性，但較低的通量和較差的可重復(fù)性使得該方法無法適用于大規(guī)模樣品的篩選。為了運用更有效的方法預(yù)測化學(xué)品對人類健康及環(huán)境的影響，美國于2007年提出了Tox21計劃，美國環(huán)境保護署（EPA）、國家毒理學(xué)計劃（NTP）、國立衛(wèi)生研究院（NIH）以及食品和藥物管理局（FDA）形成了Tox21聯(lián)盟，搭建了基于百余種離體細(xì)胞測試的高通量自動化毒性檢測平臺，建立了涵蓋工業(yè)化學(xué)品、消費品、食品添加劑等在內(nèi)的上萬種化合物的毒性數(shù)據(jù)庫［6-7］。然而，Tox21篩選平臺僅限于純化學(xué)品的檢測，無法對未知化合物和實際環(huán)境樣品進行評價，不能反映復(fù)雜基質(zhì)中化學(xué)品的實際毒性與健康危害。

面對我國嚴(yán)峻的環(huán)境與食品安全問題，為突破實際樣品中毒性物質(zhì)快速識別的瓶頸，本課題組于2005年首次在國際上提出了“成組毒理學(xué)”（Integrated toxicology）的概念，并研制出第一代“成組毒理學(xué)分析儀”（Integrated toxicology analyzer，ITA），于2013年獲得國家發(fā)明專利授權(quán)［8］。該儀器通過固相萃取、高效液相色譜、四極桿串聯(lián)質(zhì)譜、加樣裝置的在線聯(lián)用，可完成樣品自動分離、組分收集與分析、毒性測試三部分復(fù)雜的操作，適用于實際環(huán)境樣品中效應(yīng)污染物的篩選。

近年來，隨著質(zhì)譜技術(shù)、機械自動化、大數(shù)據(jù)分析及人工智能的高速發(fā)展，本課題組于2016年開始研制第三代成組毒理學(xué)分析儀—高通量多功能成組毒理學(xué)分析系統(tǒng)，從設(shè)備先進性、規(guī)模配置及功能設(shè)計等方面進行升級改造，旨在實現(xiàn)全面自動化、高通量的快速檢測與篩選，于2020年獲得國家發(fā)明專利授權(quán)［9］。該系統(tǒng)發(fā)展了自動化、高通量、簡便快捷的樣品分離與制備技術(shù)，構(gòu)建了復(fù)雜介質(zhì)樣品的分離與制備子系統(tǒng)，實現(xiàn)了復(fù)雜介質(zhì)樣品中效應(yīng)組分的自動提取、富集、純化、收集及規(guī)?；苽?；發(fā)展了無機物、有機物、細(xì)顆粒物的分析與鑒定技術(shù)，構(gòu)建了由質(zhì)譜、光譜等儀器分析模塊與結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系信息庫組成的綜合鑒定系統(tǒng)，實現(xiàn)了復(fù)雜樣品中未知污染物、毒性效應(yīng)物的自動多維分離、定量及鑒定；構(gòu)建了以生物有效性、細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)和生物靶分子3個層次的多靶點高通量毒性評價模塊，建立了污染物的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)、神經(jīng)毒理學(xué)效應(yīng)、血液毒性效應(yīng)等多靶點毒性評價方法，實現(xiàn)了樣品的高通量多靶點自動化毒性評價；發(fā)展了in silico污染物健康危害高通量篩查評價方法，實現(xiàn)了不良健康結(jié)局的優(yōu)先級排序，為污染物健康影響評價提供理論和方法儲備，并建立了基于計算模擬的污染物體內(nèi)潛在靶點篩查方法和計算模塊，整合于高通量成組毒理學(xué)數(shù)據(jù)一體化分析平臺。高通量多功能成組毒理學(xué)分析系統(tǒng)結(jié)合最先進的化學(xué)分析與現(xiàn)代毒理學(xué)評價方法，可高通量完成實際復(fù)雜樣品中效應(yīng)污染物的結(jié)構(gòu)解析、識別與毒性評價，顯著提高了污染物識別及毒性評價的可靠性及效率，為未知污染物的篩選及復(fù)合效應(yīng)等研究提供了全新的技術(shù)手段和通用平臺。本文主要總結(jié)了成組毒理學(xué)分析儀的結(jié)構(gòu)與設(shè)計，以及該儀器在復(fù)雜樣品中污染物分離與制備、污染物檢測與鑒定、生物毒性效應(yīng)高通量篩查、實際樣品中效應(yīng)污染物識別方面的應(yīng)用進展，并對其未來的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景進行了展望。

1 成組毒理學(xué)分析儀的結(jié)構(gòu)與設(shè)計

第二代成組毒理學(xué)分析儀即高通量多功能成組毒理學(xué)分析系統(tǒng)涵蓋了多個功能區(qū)，包含復(fù)雜介質(zhì)樣品的高通量分離與制備、有毒物質(zhì)的儀器分析與結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系綜合鑒定、多靶點高通量生物效應(yīng)評價、儀器控制及數(shù)據(jù)綜合分析4個子系統(tǒng)。通過各子系統(tǒng)功能間的耦合，可實現(xiàn)復(fù)雜介質(zhì)樣品中效應(yīng)組分的自動提取、富集、純化、收集及規(guī)?；苽?，未知污染物的自動化多維分離、定量及定性分析，高通量多靶點自動化毒性檢測以及數(shù)據(jù)一體化解析。

復(fù)雜介質(zhì)樣品高通量分離與制備子系統(tǒng)由樣品制備、樣品分離和樣品收集三部分組成，分別對樣品進行提取、凈化、濃縮，基于色譜柱的組分分離以及餾分自動化收集。該子系統(tǒng)主要原理涵蓋機械臂定位、進樣環(huán)定量、進樣閥切換、色譜分離及自動化軟件控制，樣品經(jīng)自動化提取后，機械臂將樣品轉(zhuǎn)移至凈化濃縮模塊，凈化濃縮后的樣品直接經(jīng)管道進入色譜分離系統(tǒng)進行組分的制備，通過進樣閥比例的調(diào)節(jié)，組分分別進入高分辨質(zhì)譜完成污染物的鑒定，進入餾分收集系統(tǒng)完成組分的自動收集。有毒物質(zhì)的儀器分析與結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系綜合鑒定子系統(tǒng)包括可用于有機物定量和定性分析的高分辨液相色譜-質(zhì)譜、氣相色譜-質(zhì)譜，以及自主研制的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜，用于無機物如金屬元素和甲基汞快速測定的檢測儀。經(jīng)分離制備子系統(tǒng)處理得到的樣品或組分通過綜合鑒定子系統(tǒng)的相應(yīng)檢測儀器完成測定后，結(jié)合測試結(jié)果并調(diào)用儀器控制及數(shù)據(jù)綜合分析子系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系信息庫模塊，完成污染物的快速鑒定。多靶點高通量生物效應(yīng)評價子系統(tǒng)由生物有效性、細(xì)胞效應(yīng)及分子效應(yīng)檢測3個模塊組成，分別為通過檢測細(xì)胞生存力及跨膜電阻評價化合物穿透力的人Caco-2細(xì)胞的腸上皮生物屏障模型，通過檢測細(xì)胞增殖分化、凋亡、特征酶活性及受體轉(zhuǎn)錄活性的多種離體細(xì)胞高通量測試模型，以及通過檢測功能基因及蛋白的高通量DNA羥甲基化測序方法及DNA損傷產(chǎn)物的電化學(xué)發(fā)光檢測裝置。該子系統(tǒng)通過整合多種自動化細(xì)胞培養(yǎng)設(shè)備、全自動機械臂等，可高通量快速完成各模塊的全流程自動化測試。儀器控制及數(shù)據(jù)綜合分析子系統(tǒng)是以多維滑軌機械臂為核心的自動控制系統(tǒng)，通過建立化學(xué)品結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系數(shù)據(jù)管理體系、關(guān)鍵分子起始事件虛擬篩選技術(shù)及基于體外與生物信息學(xué)數(shù)據(jù)的有害結(jié)局通路解析方法，實現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)采集、匯總與分析，通過結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)挖掘的信息和決策技術(shù)，完成數(shù)據(jù)一體化分析。

成組毒理學(xué)分析儀以自動化控制與高通量篩選為核心，形成了功能強大的有機整體，其主要工作流程如圖1所示。復(fù)雜樣品（如細(xì)顆粒物、土壤、底泥、藥物、生物樣品等）經(jīng)前處理系統(tǒng)進行初步提取與凈化后，進行基于離體生物實驗的多靶點毒性效應(yīng)快速篩查和基于靜電場軌道阱高分辨質(zhì)譜的有毒物質(zhì)快速鑒定，對于效應(yīng)樣品進行進一步分離與純化，解析關(guān)鍵活性組分或未知化合物的結(jié)構(gòu)特征。利用該系統(tǒng)，不僅可同時完成針對大規(guī)模樣品的化學(xué)分析與毒性檢測的聯(lián)動測試，也可進行單一化學(xué)分析或生物學(xué)效應(yīng)高通量篩查，其作用和功能覆蓋了化學(xué)分析與毒理學(xué)研究中的多個層面。ITA可在短時間內(nèi)獲取化合物的毒性、含量及結(jié)構(gòu)特征，為環(huán)境化學(xué)與毒理學(xué)研究領(lǐng)域提供了強有力的技術(shù)手段和通用平臺，可滿足我國環(huán)境保護、食品安全、藥物成分解析、軍事毒物分析等應(yīng)急需求。

圖1 成組毒理學(xué)分析儀工作流程Fig．1 The workflow of integrated toxicology analyzer

2 污染物識別與毒性測試方法的開發(fā)與應(yīng)用

2.1 在復(fù)雜樣品中污染物分離與制備方面的應(yīng)用

環(huán)境、食品和生物樣品中污染物種類繁多、性質(zhì)各異，一些有機污染物的濃度很低，因此建立復(fù)雜樣品中不同污染物的快速提取、凈化、分離方法對實現(xiàn)大量樣品的高通量分析與檢測極為重要。已有的樣品前處理及制備技術(shù)僅利用獨立的儀器或容器進行樣品中特定性質(zhì)污染物的處理，操作復(fù)雜、耗時長、重復(fù)性差，且無法進行痕量物質(zhì)的高效提?。?］。ITA中高通量分離與制備系統(tǒng)解決了復(fù)雜介質(zhì)樣品提取與制備的難題，利用該系統(tǒng)，通過樣品分級提取、組分收集、色譜分離純化及細(xì)顆粒物分離純化，即可完成不同樣品的快速提取與組分的制備。

ITA整合了加速溶劑萃取儀、全能樣品前處理平臺、機械臂等自動化設(shè)備，通過硬件連接和軟件控制結(jié)合的方式，開發(fā)了適用于復(fù)雜樣品中目標(biāo)有機污染物的自動化提取與制備技術(shù)。對于固體、半固體樣品的處理，采用快速溶劑萃取儀完成對污染物的提取。全能樣品前處理平臺集成了凝膠凈化、固相萃取、定量濃縮和液相進樣4個功能模塊，可獨立完成液體樣品中有機物的提取、富集和濃縮。完成提取、凈化及濃縮的樣品，經(jīng)色譜柱分離后，分別進入質(zhì)譜儀及收集器，可快速用于后續(xù)各餾分化學(xué)檢測與生物效應(yīng)評價的并行分析，節(jié)省了樣品處理時間并提高了效率。

細(xì)顆粒物樣品不僅附著了各類金屬、有機物，且一些超細(xì)顆粒物可進入人體從而產(chǎn)生健康危害，針對細(xì)顆粒物樣品的分離純化是深入研究其環(huán)境效應(yīng)及生物安全性的前提。在ITA系統(tǒng)中，中科院生態(tài)環(huán)境研究中心的譚志強等［10］利用中空纖維膜流場流分離技術(shù)自主研制了細(xì)顆粒物的在線多維分離純化模塊，通過與紫外吸收光譜檢測器和電感耦合等離子發(fā)射光譜的在線聯(lián)用，可進行不溶態(tài)顆粒粒徑表征及顆粒上附著的可溶性金屬的定量測定。利用該裝置，針對在超純水、模擬天然水和模擬肺液中孵育的實際大氣細(xì)顆粒物樣品，進行可溶性金屬及殘余細(xì)顆粒物的分離純化，并對其溶出率及數(shù)量進行測定，發(fā)現(xiàn)鋅在模擬肺液中的溶出率最高，而尺寸小于10 nm的細(xì)顆粒物在模擬肺液中檢出的數(shù)量最多。該裝置可快速有效地分離純化可溶性金屬組分及小粒徑的細(xì)顆粒物，在實時監(jiān)測并追蹤大氣細(xì)顆粒物在環(huán)境與生物介質(zhì)中的轉(zhuǎn)化方面具有潛在的應(yīng)用前景。

2.2 在污染物檢測與鑒定方面的應(yīng)用

復(fù)雜樣品中未知污染物的結(jié)構(gòu)鑒定往往需借助多種儀器和技術(shù)完成，對于未知化合物，除了質(zhì)譜分析結(jié)果，還需利用紫外、紅外等多種光譜技術(shù)以及核磁共振波譜技術(shù)分別對餾分中化合物的官能團以及分子骨架進行分析，以推測結(jié)構(gòu)。ITA整合了超高分辨率、超高質(zhì)量準(zhǔn)確度的全掃描型高分辨質(zhì)譜儀，輔以光譜分析模塊，結(jié)合數(shù)據(jù)分析軟件，可實現(xiàn)樣品或組分中新型未知污染物的高通量快速識別。

在新污染物鑒定方面，本課題組阮挺等［11］對20個省份和自治區(qū)共56個不同污水處理廠的污泥樣本中新型氯代多氟醚基磺酸鹽類物質(zhì)（Cl-PFESAs）進行疑似靶標(biāo)篩查，發(fā)現(xiàn)了3種Cl-PFESAs同系物，即6∶2 Cl-PFESA、8∶2 Cl-PFESA和10∶2 Cl-PFESA，其檢出率分別為100%、89．3%、23．2%，污泥中化合物含量范圍為未檢出~209 ng/g（干重）。其中6∶2 Cl-PFESA為最主要的Cl-PFESAs污染物，其幾何平均濃度為2．15 ng/g，在部分地區(qū)污泥樣本中的濃度已超過全氟辛烷磺酸鹽（PFOS），成為主要的全氟化合物污染物。進而對6∶2 Cl-PFESA在體外超還原態(tài)氰鈷胺厭氧體系中可能的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物進行非靶標(biāo)分析，篩查出3個脫鹵加氫還原轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，即1H-6∶2 PFESA、2H-6∶2 PFESA和1H-6∶2 PFUESA，進一步在真實河流底泥樣品中發(fā)現(xiàn)了其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物［12］。在污染物轉(zhuǎn)化方面，本課題組張青等［13］采用2，4，6-三溴苯酚對水稻進行了水培暴露，通過可能的代謝途徑建立本地的代謝物數(shù)據(jù)庫，結(jié)合氣相色譜和高效液相色譜-高分辨質(zhì)譜，鑒定了40種Ⅰ相和Ⅱ相代謝物，為系統(tǒng)了解溴苯酚的遷移轉(zhuǎn)化及其環(huán)境健康風(fēng)險評估提供了重要參考。同時，本課題組陳偉芳等［14］利用基于成對質(zhì)譜碎片質(zhì)量差的方法，在水稻細(xì)胞中鑒定出65種新型短鏈和中鏈氯化石蠟代謝物，并揭示了其在懸浮水稻細(xì)胞中的代謝分子網(wǎng)絡(luò)，首次發(fā)現(xiàn)了氯化石蠟的羥基化、硫化和糖基化過程。

在有機氣體檢測方法方面，中科院生態(tài)環(huán)境研究中心束繼年課題組［15］通過單光子過程研究、質(zhì)子來源研究、激發(fā)態(tài)二氯甲烷誘導(dǎo)的高效質(zhì)子化過程機理推導(dǎo)，揭示了激發(fā)態(tài)二氯甲烷誘導(dǎo)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移離子化機理，以此研制了新型電離方法。基于研制的新型離子源，研究人員開展了常見爆炸物如硝基化合物的高靈敏檢測研究［16］，該方法對芳香族硝基化合物具有超高的電離效率，對空氣中硝基苯化合物的檢測具有重要應(yīng)用價值。利用新離子化技術(shù)，可在呼出氣體中檢測疾病相關(guān)的生物標(biāo)志物如丙烯醛等［17］，實時監(jiān)測有機胺類物質(zhì)［18］，檢測有機磷類神經(jīng)毒劑等［19］。該方法應(yīng)用范圍廣，實用性強，有望為各類復(fù)雜樣品中揮發(fā)性有機物化學(xué)成分的鑒別及含量測定提供技術(shù)支撐。

2.3 在生物毒性效應(yīng)高通量篩查方面的應(yīng)用

復(fù)雜介質(zhì)樣品中存在多種化合物，其毒性效應(yīng)各異，在機體內(nèi)的代謝及生物有效性尚不明確，而針對其中種類繁多的未知污染物的毒性篩選工作相當(dāng)繁重，時間、人力、財力消耗巨大。然而，目前國際上現(xiàn)有的毒理效應(yīng)篩選平臺僅限于純化學(xué)品的檢測，且在效應(yīng)重組細(xì)胞及分子傳感器上存在缺陷，無法進行復(fù)雜基質(zhì)及未知化合物的高通量篩選與毒性評估。ITA中多靶點高通量生物效應(yīng)評價子系統(tǒng)是以離體生物學(xué)測試為核心的自動化毒性測試模塊，適用于樣品、組分或化學(xué)純品的各類毒性效應(yīng)高通量篩查研究。

四溴雙酚A（TBBPA）及其衍生物是一類新型溴代阻燃劑，廣泛用于電子電器產(chǎn)品、油漆、紡織品等日用品。這類物質(zhì)的大量使用，不可避免地使其隨著人們的生產(chǎn)生活進入到環(huán)境中，對人類造成威脅。本課題組曲廣波等［20］利用ITA平臺中多靶點毒性篩查技術(shù)，基于T-screen方法研究了TBBPA衍生物及其環(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物對TR信號通路的潛在干擾效應(yīng)，結(jié)果表明，這些化合物可能會與甲狀腺激素轉(zhuǎn)運蛋白結(jié)合從而干擾甲狀腺激素水平，也可能會進入細(xì)胞與甲狀腺激素受體TR作用，干擾相關(guān)基因調(diào)控從而引起甲狀腺激素干擾效應(yīng)。與TBBPA衍生物相比，其環(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物更易進入細(xì)胞而發(fā)揮甲狀腺激素干擾作用。該研究可為TBBPA衍生物及其環(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的健康風(fēng)險評估提供科學(xué)依據(jù)，也提示人們其環(huán)境轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可能帶來的潛在威脅。

由新冠病毒SARS-CoV-2引起的新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）已遍及全球，越來越多的研究關(guān)注其感染的相關(guān)因素。血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2（ACE2）被確定為SARS-CoV-2的功能受體，其轉(zhuǎn)錄水平與SARS-CoV-2易感性和COVID-19癥狀的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。ACE2轉(zhuǎn)錄水平受遺傳因素和非遺傳因素的調(diào)控，作為非遺傳因素的外源化學(xué)品暴露對病毒受體的表達影響尚不明確。利用ITA平臺，本課題組曲廣波等［21］基于多種細(xì)胞系建立了病毒受體轉(zhuǎn)錄表達的高通量檢測方法，針對環(huán)境中常見的60種化學(xué)污染物進行篩選，發(fā)現(xiàn)部分污染物如鉛以及大氣細(xì)顆粒會導(dǎo)致ACE2轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)（如圖2所示），最高表達量可達到對照組的7倍。該研究揭示了外源性化合物暴露可能通過共同的關(guān)鍵調(diào)控因子影響病毒受體的轉(zhuǎn)錄，從而增加病毒感染的可能性，為研究外源化合物暴露與病毒易感性和有害結(jié)局路徑之間的聯(lián)系提供了初步線索。

圖2 不同化學(xué)品暴露對病毒受體轉(zhuǎn)錄水平的影響［18］Fig．2 Expressions of virus receptors in HEK-293T cells stimulated by nongenetic external chemicals［18］

2.4 在實際樣品中效應(yīng)物質(zhì)識別方面的應(yīng)用

識別實際樣品中的效應(yīng)物質(zhì)是污染物環(huán)境風(fēng)險評估及污染物控制的重要步驟，單一的化學(xué)分析或毒性測試難以反映實際樣品的效應(yīng)。效應(yīng)導(dǎo)向分析（Effect-directed analysis，EDA）是以生物效應(yīng)為核心，通過組分分離及化學(xué)分析實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境樣品中貢獻污染物的有效識別方法［22-23］。該方法從樣品的生物效應(yīng)入手，僅針對活性樣品進行組分分離及結(jié)構(gòu)鑒定，很大程度上降低了樣品的復(fù)雜性并縮小了篩選范圍，可直接快速地鎖定毒性貢獻化合物［24-25］。

利用EDA思路，基于第一代ITA系統(tǒng)，本課題組［26］建立了基于大鼠小腦顆粒神經(jīng)元細(xì)胞（CGNs）原代培養(yǎng)方法，通過毒物或樣品對CGNs暴露進行毒性評價，建立了神經(jīng)毒性效應(yīng)引導(dǎo)的復(fù)合污染物毒性篩查新方法，進而應(yīng)用非靶標(biāo)有機質(zhì)譜技術(shù)，對某化工廠附近的實際環(huán)境樣品進行測定，在活性組分中鑒定出1種潛在的新型有機污染物—四溴雙酚A雙丙烯基醚（TBBPA-BAE）?；赥BBPA-BAE的毒性當(dāng)量和化學(xué)濃度，發(fā)現(xiàn)其在樣品中的濃度可以解釋實測發(fā)育神經(jīng)毒性的86%，表明該物質(zhì)是誘發(fā)潛在神經(jīng)毒性風(fēng)險的主要效應(yīng)污染物。該研究為實際樣品中效應(yīng)物質(zhì)的識別奠定了堅實的理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

基于ITA平臺，本課題組［27］進一步利用EDA技術(shù)對廣東貴嶼地區(qū)電子垃圾拆解地附近底泥中的雌激素效應(yīng)污染物進行了篩查。通過體外MVLN細(xì)胞熒光素酶報告基因體系對樣品進行雌激素效應(yīng)初篩，針對效應(yīng)樣品，利用反相制備色譜進行組分的分離與制備，對所有組分進行雌激素效應(yīng)檢測后篩選出活性組分，通過高分辨質(zhì)譜靶向和非靶向結(jié)構(gòu)識別，發(fā)現(xiàn)了雙酚A、己烯雌酚等7種物質(zhì)為雌激素效應(yīng)貢獻物，并對其污染來源及遷移規(guī)律進行了解析。同時，本課題組［28］使用效應(yīng)導(dǎo)向分析策略鑒定了樣品中的多環(huán)芳烴受體激動劑，選取小鼠肝癌細(xì)胞系CBG2．8D報告基因檢測法用于毒性的定量及毒性效力的測定，采用正相制備色譜對效應(yīng)樣品進行組分分離，以降低樣品中化合物的復(fù)雜程度。借助氣相色譜-高分辨質(zhì)譜技術(shù)，結(jié)合毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫比對，篩選并最終確定23種化學(xué)物質(zhì)為樣品中的多環(huán)芳烴受體激動劑，其中二至五環(huán)的多環(huán)芳烴化合物是樣品中毒性效應(yīng)的主要來源。上述兩項研究均通過效應(yīng)導(dǎo)向分析策略揭示了電子垃圾拆解地區(qū)相關(guān)的毒性效應(yīng)因果化學(xué)物質(zhì)，為特征污染地區(qū)效應(yīng)化學(xué)品的監(jiān)控提供了重要的科學(xué)數(shù)據(jù)和應(yīng)用參考。

2.5 在環(huán)境分析與毒性檢測產(chǎn)業(yè)化及合作研究方面的應(yīng)用

基于成組毒理學(xué)分析儀的概念，本課題組提出了集約型自動化小型機的創(chuàng)新思路與技術(shù)設(shè)計，擬研制不同樣品的特異毒性化學(xué)物質(zhì)篩選與識別個性化系統(tǒng)，面向環(huán)境保護及監(jiān)測、食品安全、軍事毒物分析等領(lǐng)域的不同檢測需求，實現(xiàn)該小型化系統(tǒng)的個性化定制并積極推動其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。利用ITA系統(tǒng)，本課題組在樣品檢測與應(yīng)用方面與各研究機構(gòu)或企業(yè)合作開展了樣品中有毒物質(zhì)識別及特定毒性測試技術(shù)開發(fā)等研究，例如，與國內(nèi)知名企業(yè)合作開展了產(chǎn)品中毒性化學(xué)品的篩查與識別研究，與軍事醫(yī)學(xué)研究機構(gòu)合作開展有毒化學(xué)品的風(fēng)險快速評估等工作。成組毒理學(xué)分析平臺可用于各類環(huán)境風(fēng)險、污染物篩選識別、食品安全、生物樣品、中藥試劑、化學(xué)品評估等復(fù)雜樣品的聯(lián)合研究。

3 總結(jié)與展望

成組毒理學(xué)分析儀是國際上首臺可用于實際樣品分析測試與毒性篩查的綜合平臺，可自動化完成樣品前處理、組分分離與制備、多靶點毒性測試及效應(yīng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)識別與鑒定，顯著提高了污染物識別及毒性評價的可靠性和效率，將大大推動我國環(huán)境科學(xué)與毒理健康基礎(chǔ)研究的水平。為發(fā)揮其優(yōu)勢，展現(xiàn)其在環(huán)境與健康研究、食品安全、軍事及國家安全等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛能，將從以下方面進行改進并推動其應(yīng)用：

（1）特異響應(yīng)細(xì)胞的構(gòu)建及類器官毒性測試模型的建立。利用報告基因生物檢測技術(shù)或基因編輯技術(shù)，針對毒理學(xué)研究新興領(lǐng)域，構(gòu)建化合物特異效應(yīng)檢測細(xì)胞株和類器官毒性評價模型，并運用于高通量自動化檢測平臺，為快速篩查復(fù)雜樣品中健康風(fēng)險物質(zhì)提供有效的生物效應(yīng)測試手段。

（2）新污染物篩查方法的開發(fā)及數(shù)據(jù)庫的建立。結(jié)合多種質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)展適用于不同化合物類型的高靈敏識別與鑒定方法，以提高污染物發(fā)現(xiàn)效率?；谛挛廴疚锏奶卣髻|(zhì)譜信息，建立標(biāo)準(zhǔn)化污染物指紋數(shù)據(jù)庫，以適用于我國新型污染物的篩查研究。

（3）篩選通量的拓展及靈敏度的提高?；谝呀⒒蛘陂_發(fā)的樣品分離與制備及毒性測試方法，拓展制備及測試通量，實現(xiàn)384或1 536微孔板的快速高通量測試。在拓展通量的同時，通過改進優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)，提高毒性篩選的靈敏度，以適用于復(fù)雜介質(zhì)中低劑量有毒物質(zhì)的毒性效應(yīng)檢測。

（4）全流程標(biāo)準(zhǔn)化方法的建立及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)及測試法規(guī)，建立樣品全流程自動化提取、制備、毒性測試及結(jié)構(gòu)鑒定的標(biāo)準(zhǔn)化方法，并獲得國家級認(rèn)證資質(zhì)，以應(yīng)用于工業(yè)化學(xué)品、中藥或合成藥物、食品、軍事毒物、突發(fā)事件毒物檢測等領(lǐng)域，建立成高效快速的測試平臺。