污染生態(tài)化學

轉(zhuǎn)化產(chǎn)物風險評估的研究進展摘要：環(huán)境中微污染物在環(huán)境中降解時，由于其可能產(chǎn)生持久性的有毒的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，因而在在環(huán)境風險評估時必須給予足夠的關(guān)注。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物成為目前的一個熱門話題，不僅與他們在環(huán)境中的形成相關(guān)，更重要的是它們在污水預處理，可能會由有利的先導物產(chǎn)生副產(chǎn)物。另外，由于大多數(shù)的醫(yī)藥品并非在它們的生產(chǎn)地直接排入污水，而是在經(jīng)過人類以及動物的新陳代謝后排出的，因而在做人類以及動物藥品的環(huán)境風險評估時需將人類以及動物的新陳代謝考慮在內(nèi)在轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的風險評估的全部的三個方面，都已經(jīng)開發(fā)出其獨立的方法，這三個方面包括危害識別，暴露評估，危險性評估等，其中危險性評估包括劑量響應(yīng)特性和風險表征。本文簡要的描述了風險評估的這三個方面，并定義了它們之間的聯(lián)系，說明它們的共性，并期望找到一種共同的解決辦法。我們要在能夠評估某一種單個的正在經(jīng)歷一個特別的轉(zhuǎn)化過程，例如，生物轉(zhuǎn)化或者是光氧化等這些過程所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的評估方法中找到一種合適的方法同時我們又要在能夠評估優(yōu)先轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在環(huán)境風險方面所做的貢獻的方法中找到一種合適的。我們將存在的能評估母體降解中產(chǎn)生轉(zhuǎn)化產(chǎn)物方法分為暴露導向以及效果導向兩種。在暴露導向中，轉(zhuǎn)化產(chǎn)物被識別；在效果導向，通過化學分析的方法來量化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，反應(yīng)混合物也會被進行毒性測試。當TPs（transformationproduces）毒性的降低與母體濃度降低相符時，TPs不會被識別；當且僅當TPs的毒性增加或者是毒性的降低與母體化合物的濃度減少不成比例時,TPs才會被識別。對評估優(yōu)先轉(zhuǎn)化產(chǎn)物在整個環(huán)境風險評估中所做的貢獻時，我們將現(xiàn)存的研究整合成一個連貫的基于模型和風險導向的框架。在這個框架中，交叉參照了從母體化合物到轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的所有數(shù)據(jù)，同時也討論了這一方法的局限性。更重要的是本文也證明了如何將母體化合物的效應(yīng)數(shù)據(jù)與毒性基團的分析和生物積累程度聯(lián)系起來，以促進轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的效應(yīng)評估。前言化學產(chǎn)品而產(chǎn)生的污染物給我們的環(huán)境帶來越來越多的危害，并隨著人口的增長和氣候的改變而逐漸增強。數(shù)以千計的化學產(chǎn)品，包括農(nóng)藥，生物殺傷劑，醫(yī)藥品，工業(yè)合成化學品以及由消費者產(chǎn)生的化學品出現(xiàn)在，土壤，廢水和其他來源水中，例如農(nóng)業(yè)徑流，暴雨水。用于化學品在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化。而是問題變得更加復雜。許多已知的TPs在水環(huán)境中比它們的母體含量要更高，目前多數(shù)的TPs卻沒能被識別。因而，人類以及水生系統(tǒng)被暴露于一個形態(tài)多樣的、未知的、化學品混合狀態(tài)下。盡管單一的典型化學品都在較低的濃度，它們可能會由于之間的相互反應(yīng)，相互之間起到添加劑或者相互協(xié)同的潛在可能。正是由于TPs的存在及其構(gòu)造，而增加化學品風險評估的復雜性。如果存在以下幾種情況，那么母體所引發(fā)的環(huán)境風險的大多數(shù)可能都是由TPs貢獻（a）TPs產(chǎn)生率較高；（b）比母體更具持久性或者遷移性；（c）比母體有更高的毒性。在評估TPs時，由于其在毒性行為以及在混合物中擔當添加劑的模式與其母體化合物相近，因而不能脫離其母體而孤立的來對待。這意味著由母體以及TPs被視為添加劑所產(chǎn)生的效應(yīng)必須有所保留，但是他們的協(xié)同效應(yīng)則可能增加它們相加時的毒性。所有的監(jiān)管評估計劃中都應(yīng)該包含有對穩(wěn)定以及有毒TPs的風險評估。然而那些為了達到目標的法規(guī)在提供多少具體的指導和工具時，卻相差很大。例如農(nóng)藥指令，簡明的給出了相關(guān)的活性物質(zhì)的注冊范圍內(nèi)TPs的定義：在母體的相關(guān)新陳代謝產(chǎn)物中，存有理由認為代謝產(chǎn)物的風險類似或者說高于其母體(農(nóng)藥)，那么在對其評估時應(yīng)向評估母體活性物質(zhì)一樣。該指令在環(huán)境狀況研究以及模擬工具的使用方面給出引導，并通過以及毒理學數(shù)據(jù)程序來識別TPs，同時其形成過程方面的信息來評估其風險。與之對比，監(jiān)管評估計劃對其他類型的化合物，例如工業(yè)化學品，醫(yī)藥品卻沒有提供任何的引導。例如根據(jù)歐洲化學品法規(guī)REACH(RegulationconcerningtheRegistration，Evaluation，AuthorizationandRestrictionofChemicals，化學品注冊、評估、許可和限制)：在被降解的物質(zhì)進行評估時應(yīng)考慮，其是否可能會降解為持久性或者毒性的降解產(chǎn)物。當上述的降解過程發(fā)生時，評估應(yīng)該考慮可能出現(xiàn)的降解產(chǎn)物以及其性質(zhì)(包括毒性效應(yīng)和生物積累程度)。動物藥品的VICH準則和人類藥品的EMEA準則，在面對TPs這一問題時，模擬類型降解研究將在較高層次的環(huán)境評估區(qū)間，這一研究包含了典型的TPs的識別。本文評述了多種不同識別TPs的方法，這些TPs貢獻了化學品的使用以及釋放而產(chǎn)生的環(huán)境風險的大多數(shù)。我們通過區(qū)分暴露導向和效應(yīng)導向法，以在模擬研究水平實現(xiàn)相關(guān)化學品的識別，同時展示了一種基于模型的框架，以獲得更多的在化學品風險評估以及水質(zhì)評估方面調(diào)查的細節(jié)來評估優(yōu)先TPs。本文主要探究環(huán)境風險評估。由于參考文獻的使用性，本文主要談及水環(huán)境，但一總的原則也適用于其他環(huán)境區(qū)間和人類健康終點。環(huán)境中的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物環(huán)境中轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的產(chǎn)生途徑可以分為三種：在新陳代謝第一以及第二階段產(chǎn)生的有機代謝產(chǎn)物這包含有哺乳動物以及人類的醫(yī)藥品和原農(nóng)藥的代謝產(chǎn)物。這些醫(yī)藥品和原農(nóng)藥通過在目標生物體內(nèi)的初步的代謝反應(yīng)轉(zhuǎn)換成為活性物質(zhì)。這里所指的第一階段代謝產(chǎn)物通常由氧化反應(yīng)形成，第二階段則包括合成反應(yīng)。醫(yī)藥品的代謝物通過排泄入污水、表層水或者是通過人類糞便、消化污泥的施肥間接進入環(huán)境的。一些第一階段代謝物比那些受管理的醫(yī)藥品本身要更具活性，但近期一些結(jié)果表明這些代謝產(chǎn)物的生物毒性與它們的母體類似(例如，心得安，一種仔受體阻滯劑，用于治療心律不齊、心絞痛等；氟西?。粖W塞米韋，抗病毒藥；)。這些第一階段的代謝產(chǎn)物可能會保持穩(wěn)定，也可能會進一步轉(zhuǎn)化成為更加穩(wěn)定的TPs。階段二的代謝物，尤其是葡萄糖腺苷結(jié)合物以及硫酸鹽結(jié)合物，被觀察到在生物廢水處理中易轉(zhuǎn)化形成活性物質(zhì)或者是與第一階段代謝物相似的代謝物。階段一以及階段二的代謝過程也同樣發(fā)生在原農(nóng)藥上。突出的例子是含有硫代磷酸酯或者二硫代磷酸酯基團的有機磷殺蟲劑。這些都是由細胞色素P450單加氧酶氧化(monooxygenases)而產(chǎn)生的牛津郡(OXON)代謝產(chǎn)物，這些代謝產(chǎn)物乙酰膽堿酯酶(acetylcholinesterases)比其母體有更為有效的抑制作用。相關(guān)例子見文獻16在污水前處理工藝中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物和副產(chǎn)物。氧化過程例如，加氯氧化(chlorination)、氯胺化處理(chloramination)、臭氧氧化(ozonation)和UV/^O?處理前的預氧化是污水前處理中對微污染物的消化和轉(zhuǎn)移的主要處理過程。伴隨著化學反應(yīng)的發(fā)生，母體化合物的濃度達到降低，這被認為是降低了環(huán)境被污

染的風險。換句話說，這些化學過程被認為可以消除有毒的無機副產(chǎn)物以及自然有機物（例如，臭氧氧化產(chǎn)生的溴酸鹽和加氯氧化產(chǎn)生的鹵化副產(chǎn)物）。目前深入的研究表明在污水處理工程中常用的先對溫和的氧化條件下，產(chǎn)生了大量的微污染物TPs，它們甚至可能在母體化合物已經(jīng)降解完全的情況下大量的存在，同時這些TPs可能會給水生生物以及人類健康帶來不利的影響。另外，那些所謂的農(nóng)藥的“不相關(guān)代謝產(chǎn)物”，也就是說，那些被認為沒有生物毒性或者說遺傳毒性的代謝物，可能會出現(xiàn)在飲用水中，并基于其自身的遷移性和持久性而成為消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)體。TFTTIP1-1TFTTIP1-1TP2>TP2-1Re-acHonmoitureundergoingapfwffssTP2-2EspDsura-dnvenapproachtoassessTPI啟HeieEspDsura-dnvenapproachtoassessTPI啟Heie：l-dnvwiappre^ch1aassessTPIdeffiliftf祈iMOfTFMrt就ithchemkaianBl^sisSynBnesisolIdeffiliftf祈iMOfTFMrt就ithchemkaianBl^sisSynBnesisol■e^vaiitIFToxicityC&ELngofP.TPi軌叩！TFnotrele^amDirgcLtaxkityteslingiofrniidurw<yfPwhhTPiJLTdXiCilyJ{3e€TB3￡85-prcpgrt]anallyBP>-mfr-Mlicn&iJflnWx*■思小byIdanCinciilicH'iTPi圖1基于過程模擬研究中相關(guān)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的識別的（I）暴露以及（II）效應(yīng)導向法。TP:轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，P母體化合物。在環(huán)境或者是工程系統(tǒng)中發(fā)生例如生物降解、氧化還原、水解、光解等化學反應(yīng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物某種給定的化學品是否產(chǎn)生，產(chǎn)生什么樣的TPs取決于該化學品的前驅(qū)體，同時這也與該化學品在環(huán)境中的分布以及環(huán)境條件相關(guān)（文獻27中有實例）。氧化過程通常會使得TPs相比其母體有更強的極性，更具遷移性，并且毒性更弱。然而大量的不同類型的產(chǎn)生毒性相關(guān)的TPs化學反應(yīng)的分子轉(zhuǎn)化研究表明，事實并非如此。上面討論的關(guān)于原農(nóng)藥的轉(zhuǎn)化，三氯生的光化學凝結(jié)，三氯生的氯化衍生物產(chǎn)生二惡英類化合物，三氯生的生物轉(zhuǎn)化為生物積累更強的甲基三氯生，苯氧除草劑（phenoxy）在生物作用下（microbiallymediated）的氧化裂解（oxidativecleavage）成為被用作能量傳導（energy-transduction）的解偶聯(lián)劑（uncouplers）的取代苯酚。最近越來越多的研究表明由于生物作用而產(chǎn)生TPs，不僅在環(huán)境介質(zhì)，例如，土壤或沉積物，甚至在工程系統(tǒng)中，例如活性污泥中也能發(fā)生?；谶^程模擬研究的相關(guān)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的識別通常在模擬研究中得出TPs的形成過程的方法是暴露導向法。基于TPs的識別之上的就是它們的合成以及效應(yīng)評估。另一種方法是分析研究在混合反應(yīng)中正在進行轉(zhuǎn)化，產(chǎn)生混合毒性的化學品各項數(shù)據(jù)，將化學品母體濃度的變化與毒性變化進行相關(guān)性研究。3.1暴露導向法在暴露導向方法下，在模擬研究中TPs被識別和分離之后，進行環(huán)境風險評估以及（生

態(tài)）毒性測試。這種方法在監(jiān)管風險評估框架需要進行TPs的風險識別時，被作為默認的方法。例如，歐洲的農(nóng)藥指令，殺菌劑指令，參考了經(jīng)合組織（OECD）在識別主要TPs時進行的在土壤，水下沉積物，表層水以及活性污泥中進行模擬降解研究的測試準則。其中的主要TPs是指濃度大于或等于母體化合物初始濃度的或者其濃度在研究過程中持續(xù)增加的。在對于是否所有的主要TPs形成的初步評估，該準則建議是受放射性標記法來標記母體化合物，并將其從混合反應(yīng)中分離或者是在反應(yīng)的不同階段提取，之后進行HPLC（高效液相色譜）以及放射性分析。TPs識別的后續(xù)的結(jié)構(gòu)確定還需更進一步的分析。如果可能轉(zhuǎn)化途徑已知，就能將對TPs進行直接的化學或生物合成與分析技術(shù)，例如GC-MS或LC-MS等分析技術(shù)聯(lián)合運用，以確定TPs的明確的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)化途徑的獲知可以通過交叉比對與其結(jié)構(gòu)類似的的相關(guān)化合物，例如，同類型的活性物質(zhì)或者是根據(jù)UM-BBD（UniversityofMinnesota明尼蘇達大學，Biodegradation/BiocatalysisDatabase，生物催化/生物降解數(shù)據(jù)庫）的數(shù)據(jù)庫資料。另外，隨著化學分析技術(shù)的發(fā)展，極大的促進了，即使在參考標準情況下的TPs的結(jié)構(gòu)確認。根據(jù)Celiz等人以及Kraus等人在這方面的綜述，這些技術(shù)包括與MSn實驗相結(jié)合的高分辨率質(zhì)譜以及/或者H-1和C-13的核磁共振。為了解決樣品富集難以及高濃度的樣品與環(huán)境不符這一問題，LCNMR與MS結(jié)合的聯(lián)合技術(shù)得到了發(fā)展。一旦TPs被明確的確定，或者在多數(shù)情況下都能合成，那么就可以進行效應(yīng)測試了。例如，根據(jù)歐盟農(nóng)藥指令，對TPs的標準測試應(yīng)當在水體沉積物中所有的主要TPs研究確認后進行。匚mAanj」IDJV一iFLI.eleu-DIumJI.1=Jef-Wacerspikedwiiftparentcompound(P]Trarsformalforaprcwes|3就別匕Eplloi-plantorteld-E-cialeiMkMfcOfacEJOfiofPOjsnlvfcjitiariofPkineiKs}TbxiwtyaBsesBMt&nimin$時IE￡；lHd匚mAanj」IDJV一iFLI.eleu-DIumJI.1=Jef-Wacerspikedwiiftparentcompound(P]Trarsformalforaprcwes|3就別匕Eplloi-plantorteld-E-cialeiMkMfcOfacEJOfiofPOjsnlvfcjitiariofPkineiKs}TbxiwtyaBsesBMt&nimin$時IE￡；lHdFrsdionatanaccording1chydrophobicityD-TTCKCffyonjpodlo-MiqniQMciyina(rac?K>noftown扣(叩nobiciiyj”stop(TPsar*Ir夠血堪cBmgITr^iian伽medi5recificlesicilyoUFstptMl&iypr^poniwieilohytlrophohlcityTlerlltldeirliiic3.tHDnanddeOiladexp^rimerrtsleflBclsiiml岡sofTP圖2，效應(yīng)導向法評估TPs的細節(jié)3.2效應(yīng)導向法在效應(yīng)導向法中，模擬研究中的樣品不僅要經(jīng)過化學分析以確定母體化合物的轉(zhuǎn)化動力而且還要進行一個或者多個的生物毒性測試，以了解實驗過程中毒性的變化情況。在圖2中

描述了效應(yīng)導向的流程圖。需要注意的是選擇適當?shù)亩拘詼y試對這個方法的成功至關(guān)重要，這一問題將在下一段重點討論。在第一層次中，效應(yīng)導向法展示了在轉(zhuǎn)化過程中毒性增加或者減少的信息，以確定是否產(chǎn)生了毒性的TPs。如果毒性的改變能通過母體化合物濃度變化完全解釋的話，上面的問題就可以知道答案了。效應(yīng)導向法的第一步是由Dodd等人說明的。他們在研究抗生素的氧化，這種抗生素是基于對大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的生長抑制的細菌生物活性物質(zhì)。一個單一的抗生素化合物(羅紅霉素)被臭氧氧化，圖3中記錄了混合反應(yīng)在不同時間點的計量響應(yīng)曲線。EC50，50%的生長抑制效應(yīng)濃度，EC50可以從劑量效應(yīng)曲線中得出。反應(yīng)混合物在給定時間點的ec50值除以初始樣本的ec50的比率被定義為“效力等值"。利用效力等值與母體化合物的濃度下降作圖(圖3B)。根據(jù)圖3B中曲線以1：1的斜率下降可以推出所有的抗菌活性是由于母體化合物以及TPs在混合物毒性的貢獻程度不同。所有的抗生素(大環(huán)內(nèi)酯類macrolides；B-內(nèi)酰胺,B-lactams；氟喹諾酮類,fluoroquinolones，andotherantibiotics)在被臭氧以及羥基自由基氧化時所得的曲線相同，這表明TPs既沒有大量的生成，其毒性也沒有強于其母體化合物。環(huán)丙氟哌酸(ciprofloxacin)在光的催化氧化情況下完全失去活性；三氯生(triclosan)、三磺胺類(threesulfa)抗生素，在光解后失去抗菌活性；乙炔雌二醇(ethinylestradiol)在加氯氧化作用后，其雌激素活性完全或者大部分被消除。溴化，羥基化以及其他氧化過程，是污水處理工藝中常用的氧化方法。敵草隆(diuron)在(光)氧化過程中，沒有形成任何有毒的TPs。如果在第一層次中，沒有可測量母體轉(zhuǎn)化動力以及毒性動力的不同被觀察到，就像前面的例子表述的那樣，那么就可以說明沒有毒性的TPs產(chǎn)生，進一步的實驗也就沒有需要了。7010ParanlSampK1StiER屯2Sampu1空7010ParanlSampK1StiER屯2Sampu1空im匚＞u40log(dilution)iFicrcasmgi6e^pasure]SaininfiflESdntpia7JtSampleB-Sam陽&lag(EC5D{sampla6})concentralionofparentnormalizedtoinitiElconcentration圖3,(A)母體羅紅霉素的經(jīng)臭氧處理的反應(yīng)混合物的劑量效應(yīng)曲線，該反應(yīng)曲線隨臭氧劑量的增加高而上升(表現(xiàn)初始樣本的稀釋)°(B)如果反應(yīng)混合物的毒性以母體化合物為止，預計其效力等同濃度將與殘留的母體化合物濃度成正比，這與實驗所得的數(shù)據(jù)一致。圖的編輯以及復印得到文獻42的許可。版權(quán)為2009美國化學會所有。如果相反母體轉(zhuǎn)化動力與毒性發(fā)展的動力有很大的不同，那么就需要更進一步的步驟來識別和表征TPs在混合反應(yīng)中對混合物的毒性的貢獻。例如生物降解中的心得安(propranolol)，在母體濃度下降70%時，其毒性依然沒有可感知的降低。這種情況下就需要第二層的工作，根據(jù)疏水性原理對混合物進行分餾，之后對分餾各階段的餾出物來進行活性測試，如果毒性的增加能通過疏水性的增加或者特定的/天然的毒性更強的TPs形成來解釋，那么其相關(guān)生物活性信息就可以說明了。這種方法也被稱為“效應(yīng)定向分餾”，這種方法最開始被用來識別復雜混合物的毒性。如果分餾出的物質(zhì)的毒性測試結(jié)果與其疏水性的成比例變化，那么TPs的毒性就可以解釋為有較強的生物富集能力，這樣就可以通過辛醇水分配系數(shù)(octanol-waterpartitioncoefficient)來評估分餾出的單個化合物的毒性。這樣就可以疏水性增加來解釋雙氯高滅酸(diclofenac)的光轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的毒性升高。同樣的，在一個先進的污水處理廠中由于B-受體阻滯劑,美托洛爾的電化學降解而產(chǎn)生大量的反滲透濃縮產(chǎn)品，盡管某一種具體的藻類毒性沒有改變，但由于生成生物積累能力強的物質(zhì)，而使得混合物中非特異的毒性增加50倍，例如，通過LC-MS分析得出的鹵化副產(chǎn)物。相反，如果第二層的分析表明具有特殊性質(zhì)或者天生毒性的TPs產(chǎn)生，也就是說，如果某一疏水性較低的分餾產(chǎn)物具有較強的毒性,那么就需要更加精細的研究以及分析技術(shù)，來識別該TPs的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。另外當了解某一種TP時，需要知道大多數(shù)有毒的TP,在某些情況下，其某一濃度下的毒性會隨著是將的推移而變化。基于過程的模擬研究中聯(lián)合暴露和效應(yīng)評估的實例許多早期的研究，在利用化學分析方法來評估混合反應(yīng)中（生態(tài)）毒性時，已經(jīng)將這兩種方法聯(lián)合，并通過模擬來識別TPs（表1是相關(guān)的研究介紹）。其中蔥（anthracene）的光轉(zhuǎn)化是一個很好的例子，在某些地方藻類的毒性是很難通過降解來改變的，但是它對于弧菌鯢（Vibriofischeri）的毒性和基因毒性卻會隨光照而增加。兩種TPs（表1中）能通過其基因毒性而很快識別，但其母體卻沒有基因毒性。最近的一個例子是雙氯高滅酸（diclofenac）的光降解產(chǎn)物的毒性比其母體更強，這是通過上面描述的效應(yīng)定向化學分析來識別的。Dodd等人做了一個綜合性的研究：利用青霉素G（penicillinG）和頭抱氨芐（cephalexin）的臭氧氧化來生成已識別的TPs，進行化學分析，并用枯草芽抱桿菌（Bacillussubtilis）來檢測它們的抗菌活性。將從母體化合物以及TPs的毒性數(shù)據(jù)計算得到的效力等值數(shù)與通過實驗得到的效力等值數(shù)對比。因此在降解反應(yīng)中質(zhì)量與毒性的完全平衡，就可以確保沒有未識別的毒性TPs。4根據(jù)TPs的環(huán)境風險來確定TPs的優(yōu)先級根據(jù)上面的表述，目前關(guān)于TPs的大部分的研究都在，單個化學品或者生物轉(zhuǎn)化過程或者特殊的環(huán)境區(qū)域。然而除了歐盟農(nóng)藥指令外，多數(shù)的研究工作以及監(jiān)管評估計劃并沒有對TPs提供全面的評估。某一種化學品或者那些可能需要包含入環(huán)境監(jiān)測方案中的TPs可能在環(huán)境風險評估中占主導。為了回答這個問題，需要結(jié)合模擬研究以及效應(yīng)評估的信息，包括是暴露導向、效應(yīng)導向，環(huán)境狀況，母體以及其TPs的行為。由于環(huán)境中TPs的轉(zhuǎn)化過程錯綜復雜，要做一個整體的環(huán)境風險評估是很難的，尤其是考慮到全世界的監(jiān)管當局對于有母體化學品引發(fā)的環(huán)境風險沒有充足的認識?？紤]到目前的監(jiān)管和現(xiàn)今TPs的實驗研究以及生態(tài)毒性數(shù)據(jù)極少，這項工作似乎變得更加困難。因而，監(jiān)管機構(gòu)以及相關(guān)行業(yè)正尋求快速和具有成本效應(yīng)的方法來實現(xiàn)風險評估。鑒于這些挑戰(zhàn)，在分層策略中的第一步，利用模型或者簡單的篩選試驗來確定TPs的初始的評估、處理優(yōu)先級。在這個初始的處理評估優(yōu)先級中應(yīng)先通過暴露以及效應(yīng)的方法來突出需要進一步實驗研究的TPs，并且表明它們可能在環(huán)境風險方面貢獻最大。對人類新陳代謝物以及環(huán)境TPs的設(shè)定優(yōu)先級的方法，來評估表層水以及飲用水的方法在文獻55?57中已經(jīng)說明。然而，他們并不能完全的規(guī)避TPs評估的風險，原因（a）他們大多基于各項的貢獻進行得分來評估，而并沒有使用已有的暴露模型工具來估算環(huán)境中TPs的濃度；（b）他們僅僅依賴實驗（生態(tài)）毒性以及環(huán)境狀況數(shù)據(jù)，而對于那些沒有數(shù)據(jù)的TPs則忽略。優(yōu)先級法也能通過那些已知的母體化合物的效應(yīng)以及歸趨的“交叉比對”的方法來發(fā)展，這是由于通常情況下母體化合物的分子結(jié)構(gòu)的大部分都被保留在TPs中。由于實驗結(jié)果、效應(yīng)數(shù)據(jù)以及檢測數(shù)據(jù)對大多數(shù)母體化合物都是可獲得的，因而可以利用這方面的知識將重點放在轉(zhuǎn)化反應(yīng)而產(chǎn)生的結(jié)果和效應(yīng)的增量上面。這樣一個完整的獨立的對TPs的風險評估計劃變得沒有必要，因為只需評估其母體化合物即可。在圖4中是將TPs相關(guān)的暴露和效應(yīng)預測方法整合成一個綜合性優(yōu)先級的策略,提出的一個框架。其中A討論了已經(jīng)被識別的作為開始的候選TPs。一種或者多種的TPs暴露和效應(yīng)的識別與其母體化合物的相關(guān)暴露與識別相關(guān)評估（B和C）。而后將相關(guān)的暴露值和相關(guān)的效應(yīng)值與其閾值對比（D）。例如閾值設(shè)置為1那么TPs造成的環(huán)境風險與母體化合物相似時，該化合物就應(yīng)當被提交到更高層的風險評估。如果閾值設(shè)置為0.1，那么當風險增加10%時，則該TPs就被視為相關(guān)。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的暴露預測環(huán)境歸趨模式可以用來對該化合物形成的定量描述，關(guān)于TPs的更進一步歸趨在過去十年的到發(fā)展，最突出的例子是多種類，多媒體的模型。在歐洲地下以及表層水的FOCUS模式被用在農(nóng)藥監(jiān)管風險評估中。對于一種非農(nóng)藥的化合物，主要的問題就是這些模型在評估它們的風險時，可能會因為缺少它們的TPs的試驗結(jié)果的數(shù)據(jù)而需要對模型進行參數(shù)化處理。TPs的歸趨數(shù)據(jù)，例如分配系數(shù)（partitioncofficients），半衰期以及形成物質(zhì)形態(tài)，可以通過定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)相關(guān)（QSPRs）來估算，但是這些預測方法依然還有很多不確定的因素。特別是TPs的環(huán)境半衰期，這一數(shù)據(jù)被認為是最為重要的數(shù)據(jù)之一，但是在TP暴露評估中也是最為不確定的輸入?yún)?shù)。同時，利用創(chuàng)新方法來交叉比對母體化合物的降解半衰期是很難的，尤其是生物降解。這是因為缺少對環(huán)境微生物群落對異性生物質(zhì)化學轉(zhuǎn)化范圍的基礎(chǔ)的了解，這也阻礙了相應(yīng)的定量活性生物降解相關(guān)的發(fā)展（QSBR）。這是由于這些原因致使，轉(zhuǎn)化途徑的預測，TP的結(jié)構(gòu)，所形成的TP的形態(tài)依然未能了解。兩個預測生物降解產(chǎn)物的模型目前是可用的，并在持續(xù)的發(fā)展中，例如，商業(yè)產(chǎn)品CATABOL以及免費可用的明尼蘇達大學途徑預測系統(tǒng)（UM-PPS）。許多的關(guān)于這些模式的工作主要集中在提升預測的選擇性方面，也就是說，要減少預測所得的TPs的數(shù)量以選出最可能的一個，這也是該模式可以用作風險評估的必要條件。由于缺乏準確的輸入數(shù)據(jù)，高參數(shù)化和特定點模型的來評估TPs的暴露值時似乎沒有意義。同時，如若用一個更加通用的模型來估測TP，似乎要比用一個更加詳細的模型預測或者檢測母體化合物更為有效。就TPs的分配系數(shù)的預測而言，如果基于母體化合物實驗數(shù)據(jù)的預測來預測，那么TPs的預測值會得到進一步的提升，logK（P），圖4B。僅僅使用QSPRexp工具預測母體化合物與TP分配系數(shù)不同AdlogK（TP-P）圖48。為了驗證現(xiàn)有模型預測predexp的TPs的暴露值，我們比較了兩種環(huán)境歸趨模式來預測恒定測量領(lǐng)域數(shù)據(jù)的相應(yīng)母體化學品TPs的表層水的負載值，其中一個應(yīng)用于母體化合物作用的土壤，例如，農(nóng)藥；另外一個應(yīng)用于廢水相關(guān)物質(zhì)，例如，醫(yī)藥品。研究結(jié)果表明農(nóng)藥TPs濃度的預測值與檢測值在同一個數(shù)量級（order-of-mangnitude），藥品TPs的偏差因素少于2。這表明該模式在應(yīng)用于預測TPs在水環(huán)境中的暴露值是有效的，其對TPs的預測精度足以識別具有高暴露潛力的優(yōu)先TPs。然而，農(nóng)藥TPs發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，證實了早期發(fā)現(xiàn)的TPs的性質(zhì)，它們具有將強的極性，因而遷移性高于它們的前驅(qū)體，地下水環(huán)境也顯得非常重要，圖4。基于TPs優(yōu)先級的模型策略的高層次評估中地下水既是一個接收環(huán)境，同時也可能通過滲出而成為表層水的來源。盡管有充分的證據(jù)表明正是由于地下水的滲出作用而只是表層水中較高的恒定濃度的TPs，但目前為止現(xiàn)存的模型中還沒有將這部分的值包含在TPs的暴露評估中。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的（生態(tài)）毒性效應(yīng)預測與暴露模型相反，（生態(tài)）毒性效應(yīng)模型不夠先進，接受率較低，所面臨的挑戰(zhàn)也可能要更多。圖4C中提出的效應(yīng)評估依賴于母體化合物的資料，它旨在估算一個相對于母體化合物的效應(yīng)，而不是溶解效應(yīng)數(shù)據(jù)。我們已開發(fā)出一種能系統(tǒng)的利用母體化合物的效應(yīng)數(shù)據(jù)的方法，以預測TPs的毒性范圍。這種方法是基于兩個內(nèi)在層面的毒性數(shù)據(jù)的分析，而不是簡單的對毒性進行評估（圖5A）。一個層面是與化學品的毒物代謝動力學相關(guān)。另外一個層面則集中在毒物作用動力學或者特異效應(yīng)（例如，僅一個特定生物體受到的影響）。這種類型的分析已被應(yīng)用于定性的解釋多種醫(yī)藥品和農(nóng)藥TPs的毒性的增加以及定量的預測它們TP的毒性。該方法在之后的對敵草?。╠iuron）和氟西汀（fluoxetine）的TPs實驗的研究得到證明4.2.1毒物代謝動力學包含一種化學品被吸收，進入有機體或者細胞以到達目標點位的所有過程，即：吸收，分布，代謝，排泄?？梢杂米鳛槎疚飫恿W第一近似值的生物積累平衡來代替它。通常來講，對于某種化合物，其疏水性越強，它越過生物壁壘就越容易，進而易被生物細胞所吸收，其生物積累能力也就越強，因而毒性也越強，出于這個原因，毒性的毒物動力學這一層被假定為化學品生物積累能力的范疇（圖5A中的x軸）。通常情況下，辛醇水分配系數(shù)被用作生物積累能力的表征，但是由于許多與水相關(guān)的化學品和TPs為酸或堿，因而我們建議使用更能表明其形態(tài)的生物膜分配系數(shù)來表征，例如，脂質(zhì)-水分配系數(shù)?！?.2.2毒物作用動力學是指毒性化學品與其作用位點之間的相互作用，這最終導致了毒性效應(yīng)的產(chǎn)生。毒物作用動力學與化學品的毒性作用模式密切相關(guān)。在我們的毒物兩層分析中，一項毒性效應(yīng)的特異性測試是毒性比率（TR）°TR是指預測的化合物的最小效應(yīng)濃度（"baseline”），ECb|it..tbaselinetoxicity與其實際的效應(yīng)濃度的比值，ECi「圖5A?；瘜W品的TRW10稱為致毒基準線，TR>10，experimental就說明該毒物表現(xiàn)出致毒性。對于每一個生物活性測試或者生物終點，毒性基準的QSAR的方程可以通過對被認為僅具有基準毒性的參考化學物質(zhì)的實驗來建立。在對母體化合物進行登記和授權(quán)時，常常需要他們的毒性數(shù)據(jù)，因而通過生物終點的實驗數(shù)據(jù)得到的母體化合物的TRs就尤為重要。同時也必須注意一種化合物對于某一種生物是致毒基準，而對于另外一種物種則可能表現(xiàn)出特異性（TR>）。目前TPs在兩個方面與它們的母體化合物不同：生物積累（毒物代謝動力學）和毒物作用模式（毒物作用動力學）。轉(zhuǎn)化反應(yīng)通常使物質(zhì)變的更小，極性更強，更為親水，同時毒性也更?。▓D5B，TP1）。某些情況下則并非如此，例如，當一個分子的極性或者單點部分裂解，其生物積累會增加（圖5B，TP2）。利用生物膜水分配系數(shù)來預測生物濃縮能力是合理的，同時反過來還能預測初步規(guī)律和簡單的測量。在前面的工作中，我們通過假定TP的毒性在致毒基準（TR=1）與其母體化合物的毒性（TRTP=TRparent）之間，預測了大量TPs的合理的毒性范圍。Sinclair等人，比較了TP毒性預測的不同模型，之后認為毒性范圍預測的預測方法表現(xiàn)很好。然而，在被比較的方法中，沒有一個能很準確的預測TPs的TR。在預測TPs的TR時的關(guān)鍵的問題是轉(zhuǎn)化過程是否有毒性基團的形成或者破壞。毒性基團，也稱為結(jié)構(gòu)警報，是產(chǎn)生毒性作用特異性模式的分子中的亞結(jié)構(gòu)。一個毒性基團的例子是殺蟲劑的有機磷結(jié)構(gòu)會與乙酰膽堿酯酶結(jié)合，而抑制該酶的活性。如果在轉(zhuǎn)化過程中，化學品的毒性基團消失，得到的TP就極有可能表現(xiàn)出基準毒性（圖5中的空點）。如果毒性基團還在，TP將停留在與基準QSAR平行的線上（圖5B中的黑點），除非其固有的被改變。例如，對于那些直接作用于DNA的化學品，其TR的改變，最可能的是由母體化合物產(chǎn)生的TP與DNA反應(yīng)的改變。極少的情況下，轉(zhuǎn)化反應(yīng)會產(chǎn)生新的毒性基團，只是TP的毒性高于其母體化合物，另外也可能是毒物代謝動力學的改變而導致的。如果一個新的毒性基團形成，其TR就可能高于其母體化合物（圖5B中灰色的點）。毒性基團的清單在之前就已經(jīng)被發(fā)表，它以及被建議用作識別化合物的毒性作用特異性模型的結(jié)構(gòu)警報庫。然而這些結(jié)構(gòu)警報不能被用作定量的毒性預測，它們表現(xiàn)出相當?shù)奶禺愋?，但是其毒性基團的保留或者破壞，或者是否新的毒性基團是否可能產(chǎn)生，在評估TP時，依然是有用的。毒物代謝動力學/毒物作用動力學可用來評估TP的毒性，另外它還利于混合預測模型的應(yīng)用來預測母體化合物以及TPs的混合毒性。如果化合物們，帶有同樣的毒性基團，它們的毒性行為可能遵循相似的毒性作用模式，在混合物中可以濃度相加。另外這也同樣適用那些TR<10的被稱為基準毒物的化合物，因而他們也能濃度互加。相反，如果混合物中TPs與其母體化合物的TR值相差很遠時，或者在轉(zhuǎn)化過程中毒性基團消失或形成，這一假定的混合物在測試時被稱為自由毒性混合物。Neuwoehner等人，通過氟西?。╢luoxetine）混合物和它的人體新陳代謝以及敵草?。╠iuron）的環(huán)境TPs，證明了這些混合物規(guī)律的應(yīng)用。圖4C中展示了相對影響評估，它的第一步就是分析母體化合物以及TP結(jié)構(gòu)中存在的毒性基團。如果TP中被懷疑含有一種新的毒性基團，那么該化合物就應(yīng)該直接進入高一級的評估。如果母體化合物有基準毒性或者有特異性行為，但是其TP失去了已知的毒性基團，那么其相對效應(yīng)就可以通過母體化合物的EC實驗值比上TP的預測基準毒性EC來計算。如果TP保留了其母體的毒性基團，那么其相對效應(yīng)將等于母體特異ECs的比率。如果假定其TR保持不變，其相對效應(yīng)在數(shù)值上應(yīng)該等于預測基準毒性EC比率的值。在基于相對風險評估中，一旦TP被認為在母體化合物的風險中貢獻大部分，那么其環(huán)境歸趨以及（生態(tài)）毒理學效應(yīng)的調(diào)查就需要馬上實施。這個問題將在下一解具體討論。5轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的高級評估5.1轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的環(huán)境歸趨研究盡管TP在實驗室以及現(xiàn)場隔離的研究所得到的數(shù)據(jù)，與其母體化合物歸趨的數(shù)據(jù)是相近的（例如，文獻85?88），我們發(fā)現(xiàn)這些研究，由于環(huán)境參數(shù)鑒定方面的問題，而不能推出TPs的環(huán)境歸趨參數(shù)。要通過從以上的研究中得出準確的TPs形成百分比以及轉(zhuǎn)化率常數(shù)，這需要足夠長的時間周期，并且數(shù)據(jù)中應(yīng)該有密集的、大量的TPs的形成以及其進一步轉(zhuǎn)化的目標TPs。另外，TPs單獨測試易獲得較為精確的歸趨參數(shù)，但這需要在它們形成的模擬研究中進行化學合成或者制備隔離。最后，TPs的形成以及歸趨也可在原位利用適當?shù)姆治黾夹g(shù)和監(jiān)測設(shè)計，這個深入的討論在本次探討的范圍之外。多數(shù)TPs的降解和吸附作用的數(shù)據(jù)在農(nóng)藥登記就已經(jīng)生成，并且被當局公開在農(nóng)藥登記副本的檔案中。它報道的是科技文獻中專門的TP歸趨研究而不是解決那些重要的已經(jīng)在環(huán)境中已被廣泛的認識，并且已被認作毒物的TPs的非標準結(jié)束點的詳細調(diào)查。例子包括有將DDT的三種毒理學相關(guān)的TPs吸附到活性炭上的以進行修復或者阿特拉津（6-氯-N-乙基-N'-（1-methylethyl）-1,3，5-triazine-2,4-diamine）三種TPs的在適應(yīng)與非適應(yīng)性土壤降解的研究。最近隨著對醫(yī)藥品排入廢水風險的越來越多的關(guān)注，專門的對人類以及動物藥品的主要、活性的新陳代謝活動的環(huán)境歸趨研究已被報道。例如，達菲Tamiflu）和奧司他韋羧酸（oseltamivircarboxylate）的代謝產(chǎn)物的光降解和微生物降解的研究，4-甲基氨基安替比林（4-methylamino-antipyrine）和鎮(zhèn)痛安乃近（analgesicdipyrone）的主要代謝產(chǎn)物的光降解的研究以及動物醫(yī)藥品的主要代謝產(chǎn)物在各類有機物的上吸附的研究。最終，TPs的環(huán)境存有量只能通過監(jiān)測來證實。Kolpin等人，最近綜述了TPs在環(huán)境中的產(chǎn)生。由于TPs的化學品參考標準的有限的可用性，而導致到目前為止，TPs的現(xiàn)場測量大多被限制在主要的已知的TPs。最近，高分辨率質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用使得在化學參考標準情況下的TPs的檢測變得快速，靈敏，可靠。這種技術(shù)以經(jīng)被用來，全面水環(huán)境中TPs的各項數(shù)據(jù)，其中Kern等人，用來表征瑞士表層水中50種農(nóng)藥、殺蟲劑以及醫(yī)藥品的2000多種已知的TPs。在被調(diào)查的7個表層水樣品中，一半左右的被調(diào)查的母體化合物的一到兩種TPs被發(fā)現(xiàn)。轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的（生態(tài)）毒性評估在TPs的高層風險評估中一個至關(guān)重要的步驟是合適的生物測試方法的選擇。在基于過程的模擬研究和環(huán)境風險評估中，類似的準則確定了相關(guān)TPs識別的生物測試方法的選擇。理性情況下，生物測試的選擇的目標是母體化合物特定模式的行為。這樣的一種生物測試應(yīng)輔之以非特異性的生物測試來得到某些已TP失去母體化合物特定模式的行為，但是發(fā)展高的非特異性的毒性(如果TP的疏水性高于母體)或者一種新的以母體化合物為對象的特異的生物測試獲取的毒性作用模式。如果結(jié)構(gòu)報警點指向TP中一個值得懷疑的毒性基團，那么就得應(yīng)用一個合適的特異性生物測試。一個例子是我們用除草劑敵草隆的TPs進行了一項生態(tài)毒理學效應(yīng)的研究。敵草隆以及它的主要的TPs保留了苯基丙氨酸毒性基團，『1-(3，4-二氯苯基)-3-甲基脲素(DCPMU),(3-氯苯基)-1,1-二甲基脲素(MCPDMU)，1-(3，4-二氯苯基)尿素(DCPU)』，『1-(3,dichlorophenyl)-3-methlyurea(DCPMU)，3-(3-chlorophenyl)-1，1-dimethylurea(MCPDMU)，and1-(3，4-dichlorophenyl)urea(DCPU)』,該毒性基團能直接抑制光合作用，這種特異性毒性測試在藻類的生物測試中能很好的反應(yīng)。一旦苯基脲(DCPU)失去它的兩個苯基，這將會大大的降低TR,并且其下一步的TPs在藻類中將變成基準毒性。結(jié)構(gòu)警報顯示，第三代的TP，3，4-二氯苯胺(3,4-dichloroaniline)，可能會在無脊椎動物中表現(xiàn)出特異的毒性作用模式。對大型溞(Daphniamagna)的生物測試，證實了3,4-二氯苯胺特異毒性行為，但實驗也表明其母體化合物與第一代以及第二代的TPs顯示基準毒性。然而，在很多的之前的研究中，生物測試被用作TPs的毒性的表征，而并不反應(yīng)母體化合物的毒性作用的特異性模式。例如，許多研究使用發(fā)光弧菌鯢(bioluminescentbacteriumVibriofischeri)進行氨苯磺胺(Microtox)測試。氨苯磺胺是一個快速的急性毒性篩選劑，它對于一個混合物