三(2-乙基己基)偏苯三酸酯(TOTM)增塑剂在牡蛎体内的生物累积及其毒理学风险:对海洋生态系统健康的影响

《Aquatic Toxicology》:Bioaccumulation and toxicological risks of tris(2-ethylhexyl) trimellitate (TOTM) plasticiser in oysters: implications for marine ecosystem health

【字体: 时间:2026年01月21日 来源:Aquatic Toxicology 4.3

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  研究评估了TOTM在21天暴露中对海月水母贝的生物累积和毒理效应,发现其浓度依赖性生物累积并引发氧化应激、酶活性变化及组织病理损伤,提示作为更安全替代品的TOTM仍具生态风险。

  
作者:Siti Afida Ishak、Annas Salleh、Mei Ching Law、Ley Juen Looi、Murni Karim、Ahmad Zaharin Aris

摘要

尽管人们对邻苯二甲酸盐的担忧日益增加,但替代增塑剂(如三(2-乙基己基)三 mellitate (TOTM))的环境归趋和生物影响仍不甚明了。本研究评估了在10 μg/L和100 μg/L浓度下,Crassostrea (Magallana) saidii 海蛎暴露于TOTM 21天后的生物累积情况及其毒理学反应。结果表明,TOTM 在海蛎体内以浓度和时间依赖的方式累积,这凸显了其在海洋生态系统中的持久性。暴露于TOTM 会引发氧化应激,表现为超氧化物歧化酶 (SOD) 活性立即升高,而在100 μg/L浓度下活性受到抑制。所有暴露组中的过氧化氢酶 (CAT) 活性均显著下降,在10 μg/L浓度下部分恢复,但在100 μg/L浓度下进一步下降。谷胱甘肽 (GSH) 水平呈剂量依赖性降低,21天时100 μg/L组的GSH水平最低,为219 mmol/g蛋白质。脂质过氧化(通过丙二醛 (MDA) 水平升高来检测)也在观察范围内,10 μg/L组的MDA水平最高,其次是100 μg/L组。组织病理学检查显示出现明显组织变化,包括鳃纤毛退化、外套膜上皮损伤以及消化腺萎缩。综上所述,尽管TOTM 被归类为更安全的替代增塑剂,但它仍可能引发对海洋双壳类的亚致死性但具有生态意义的应激反应。观察到的生物累积以及抗氧化和消化功能的损害表明,有必要重新评估目前关于非邻苯二甲酸盐增塑剂环境安全性的假设。

引言

增塑剂是广泛用于提高材料柔韧性、耐用性和可加工性的化学添加剂,尤其是在涉及聚氯乙烯 (PVC)、涂料、粘合剂和橡胶的行业中(Godwin, 2000)。其中,邻苯二甲酸盐因易渗入环境并对人类和野生动物构成潜在健康风险而受到越来越多的关注(Maddela 等, 2023)。增塑剂对水生环境构成重大威胁,因为它们可以在海洋生物体内累积。这些化合物进入水体后,可能吸附在颗粒物上或溶解,从而被水生生物吸收或摄入(Squillante 等, 2023)。长期累积可能导致海洋生物出现氧化应激、内分泌紊乱、生殖损伤和组织损伤等多种毒性效应(Andreyeva 等, 2023)。邻苯二甲酸盐增塑剂(如二乙基己基邻苯二甲酸盐 (DEHP))已被证实是内分泌干扰物,可导致多种物种的发育和生殖毒性(Wang 和 Qian, 2021; Park 等, 2020a; Mathieu-Denoncourt 等, 2015)(图1)。随着全球塑料产量的激增以及塑料添加剂不可避免地释放到水生生态系统中,迫切需要了解替代增塑剂(如三(2-乙基己基)三 mellitate (TOTM) 的环境归趋和毒理学影响(Billings 等, 2021)。
TOTM 是一种高分子量的非邻苯二甲酸盐增塑剂,因其长期稳定性而被视为医疗设备、电缆和耐热材料等应用的首选替代品(Lee 等, 2020)。由于其低挥发性、较低的渗漏潜力以及对热和光降解的更强抵抗力,TOTM 通常被视为比传统邻苯二甲酸盐更环保的替代品(Qadeer 等, 2022)。然而,尽管具有这些有利特性,最新研究表明TOTM 仍会在环境中持续存在,并在海洋沉积物和底栖生物体内累积(Kim 等, 2020; Lee 等, 2020)。虽然其理化性质可能降低迁移速率并限制即时暴露风险,但其长期累积和在海洋生态系统中的生态毒性潜力仍不甚清楚(Burgos-Aceves 等, 2021; Bui 等, 2016)。与研究较为充分的邻苯二甲酸盐(如DEHP)相比,关于TOTM 对海洋生物(尤其是海蛎)影响的研究非常有限。作为一种替代增塑剂,TOTM 尽管具有环境效益,仍可能带来不可预见的生态风险。值得注意的是,在海洋沉积物中检测到的TOTM 浓度范围为3.6至954 ng/g,表明这种增塑剂已成为海洋环境中的一种新兴污染物,可能对海洋生物产生影响(Kim 等, 2020; Lee 等, 2020)。Andreyeva 等(2023)报告称,增塑剂可从塑料废物中渗出并在海底累积,增加底栖和固着生物的暴露风险。作为滤食性双壳类动物,海蛎由于其高生物累积潜力、活动范围有限以及生活在河口环境(暴露于多种污染物)中,因此特别容易受到污染物的影响(Lemos 等, 2022)。
双壳类软体动物,尤其是海蛎,因其滤食行为而在海洋污染研究中作为关键生物指示物,因为它们能够从环境中积累污染物。它们可以累积多种污染物,包括增塑剂、金属和有机化合物(Vieira 等, 2021; Huanxin 等, 2000)。作为固着生物,它们反映了当地的环境状况,使其成为监测污染水平的理想对象。除了生态重要性外,它们的经济价值也使其成为研究环境污染物对海洋生物影响的理想模型。尽管已证明邻苯二甲酸盐(如DEHP)会对双壳类动物产生毒性效应,如引发氧化应激和损害抗氧化防御系统(Andreyeva 等, 2023),但TOTM 对这些生物的影响仍不清楚。了解TOTM 的生物累积机制、引发的氧化应激反应及其对海蛎组织病理学的影响对于评估其生态风险及其作为更安全增塑剂的合理性至关重要。
一旦被吸收,增塑剂会干扰正常的细胞功能,包括新陈代谢和蛋白质合成。研究表明,邻苯二甲酸盐会产生活性氧 (ROS),导致氧化应激和细胞成分(如脂质和蛋白质)的损伤(Park 等, 2020a; Park 等, 2020b)。在海洋双壳类动物中,氧化应激通常通过激活抗氧化防御系统(如超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT))来缓解,这些酶可以中和 ROS 并保护细胞免受氧化损伤(Shenai-Tirodkar 等, 2017)。因此,评估海蛎中的氧化应激标志物可以为了解TOTM 的毒理学效应及其对生物体的生理应激反应提供宝贵见解。
对海蛎组织的组织病理学分析进一步证明了增塑剂的毒性效应(Au, 2004)。先前的研究表明,接触增塑剂会导致双壳类动物的显著组织病理变化,尤其是鳃部,这可能损害呼吸、消化和解毒等关键功能(Chen 等, 2022; Zhou 等, 2022)。本研究旨在通过评估 Crassostrea (Magallana) saidii 中TOTM 的生物累积、抗氧化反应和组织病理效应,来揭示这种新兴海洋污染物潜在的风险(Wong & Sigwart, 2021)。

部分内容

生物材料

本研究使用的海蛎是来自马来西亚柔佛州Sungai Muar河口的 Crassostrea (Magallana) saidii。采集后,这些海蛎在通气的模拟海水中(Instant Ocean?,美国)适应了10天。模拟海水是通过将16克Instant Ocean? 海盐混合物溶解在1升去离子水中制备的,以达到千分之十六(ppt)的盐度。混合物至少持续搅拌30分钟

海蛎的重量变化

图2显示了在10 μg/L和100 μg/L浓度下,TOTM 增塑剂对海蛎重量21天的影响。结果表明,对照组和处理组之间的重量没有显著差异。方差分析(ANOVA)显示在整个实验期间重量没有统计学上的显著变化(p > 0.05)。对照组的海蛎重量保持稳定。暴露于10 μg/L TOTM 的海蛎重量略有增加

海洋生物体内TOTM的生物累积

增塑剂在水生生态系统中普遍存在,其亲脂性行为常导致生物累积,从而带来显著的生态风险。辛醇-水分配系数(Log Kow)和生物浓缩因子(BCF)是生物累积潜力的关键指标,Log Kow 值大于5的化学物质在生物体内的累积程度更高(Wassenaar 等, 2020; Netzeva 和 Worth, 2007)。TOTM 的Log Kow 为11.59,且水溶性较低

结论

本研究表明,三(2-乙基己基)三 mellitate (TOTM) 在 Crassostrea (Magallana) saidii 中会累积,并引发显著的氧化应激和组织损伤。抗氧化平衡的破坏表现为SOD和CAT活性的改变、GSH水平升高以及脂质过氧化增加,同时关键功能组织出现明显的组织病理学变化。观察到的生物累积、抗氧化失衡和组织损伤表明,长期暴露于TOTM

伦理声明

本研究遵循了马来西亚博特拉大学动物伦理委员会(UPM/IACUC/AUP-R054/2025)批准的《动物福利法》和《实验室动物护理和使用指南》的指导原则进行。

数据可用性

数据将按请求提供。

未引用的参考文献

Godoi 等, 2021; Xu 等, 2021

CRediT作者贡献声明

Siti Afida Ishak:撰写——初稿、可视化、调查、数据分析。Annas Salleh:撰写——审稿与编辑、调查。Mei Ching Law:撰写——审稿与编辑、监督。Ley Juen Looi:撰写——审稿与编辑、监督。Murni Karim:撰写——审稿与编辑、监督。Ahmad Zaharin Aris:撰写——审稿与编辑、监督。
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