《Water Research》：Seasonally different toxicity drivers in a river system revealed by insights from POCIS, bioassays, and Suspect Screening
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本研究通过被动采样结合高分辨率质谱和生物测试，揭示南 Korean Nakdong河不同季节（夏季汛期与冬季枯水期）污染混合物的毒性作用机制变化。夏季提取物显示急性毒性和受体介导效应（AR, ER, PPARγ, PXR），冬季则表现为氧化应激（Nrf2）增强。suspect screening发现111种化合物，季节差异显著（夏季农药/紫外线滤光剂，冬季药物）。定量潜力平衡法（BEQbio与BEQchem）识别telmisartan为PPARγ激活的主要贡献者，证实水文条件改变可驱动毒性机制转换，凸显潜力平衡分析在效应定向分析中的价值。
林亨俊（Hyungjoon Im）| 崔叶云（Yegyun Choi）| 金伯利·埃托姆比·穆安博（Kimberly Etombi Muambo）| 李允浩（Yunho Lee）| 吴贞恩（Jeong-Eun Oh）
韩国釜山国立大学环境与能源研究所，釜山46241
摘要
为了确定水文极端事件是否改变了河流污染物混合物的毒理学作用机制，本研究采用了一种综合框架，该框架结合了被动采样技术、体内和体外生物测定方法以及基于高分辨率质谱技术的可疑物质筛查技术。在韩国 Nakdong 河中，分别在季风驱动的夏季径流和冬季低流量条件下部署了 POCIS（被动采样系统）。不同季节的污染物混合物不仅在成分上存在差异，在生物机制上也有所不同：夏季提取物具有急性毒性，并能激活受体介导的生物效应（如 AR、ER、PPARγ、PPXR），而冬季提取物虽然急性毒性较低，但引发了强烈的氧化应激反应（Nrf2），这与长期暴露于污染物中的情况相符。在各种极性组分中，极性组分（F4）占据了大部分观察到的生物活性。可疑物质筛查共识别出 111 种具有明显季节性差异的化学物质，其中夏季以农药和紫外线过滤剂为主，冬季则以药物为主。为了解决效应导向分析中的识别难题，研究人员采用了一种定量效价平衡方法（BEQbio 和 BEQchem），并确定替米沙坦（telmisartan）是导致 PPARγ 活性增强的主要因素。这些发现表明，水文条件的变化会驱动污染物混合物毒理机制的转变，突显了基于效价的效应导向分析（EDA）在将生物效应与致病化学物质联系起来方面的价值。
引言
来自城市、工业和农业源的河流中通常含有复杂的污染物混合物，其成分和浓度会随季节和水文条件而变化（Bai 等，2024；Silva 等，2002）。这些混合物通常包含农药、药物和工业化学品，可能带来综合生态风险。尽管传统的监测方法（如定期采样和针对性化学分析）被广泛使用，但它们往往无法全面反映混合物的所有影响（Silva 等，2002；Escher 等，2020；Kruger 等，2022），尤其是在水文条件发生剧烈变化的情况下（Escher 等，2020；Caracciolo 等，2023）。因此，人们越来越意识到需要采用综合方法来更全面地评估这些复杂环境混合物的生态风险（Caracciolo 等，2023；Harman 等，2012）。
为此，被动采样、生物测定和高分辨率质谱技术的结合使用已成为一种有效的监测策略（Harman 等，2012；Alvarez 等，2004；Vermeirssen 等，2005；Jálová 等，2013；Batt 等，2024；Alvarez 等，2013）。然而，关于极端水文条件（如亚洲河流系统的强季风径流与干旱季节的低流量）如何改变污染物混合物的毒理学作用机制（MOA），仍存在重要的知识空白。以往的研究主要集中在浓度变化趋势上（Boonstra 等，2025；Escher 等，2020），但很少探讨某些时期缺乏急性毒性是否真正反映了环境安全性，还是转变为亚致死性的慢性应激反应。因此，主要依赖急性效应的监测框架在特定季节可能会产生错误的风险评估结果，从而在环境风险评估中形成重大盲点。
此外，效应导向分析（EDA）中的一个持续方法学挑战是识别难题，即如何在数千种共存化学物质中明确地将特定生物效应与致病化学物质联系起来。尽管 EDA 能有效分离出生物活性组分，但它很少能建立特定的毒理学效应与致病化学物质之间的明确关联。这一限制源于在实验层面很少使用基于效价的比较方法（BEQchem 与 BEQbio），导致因果关系不明确（Zhou 等，2021）。
因此，本研究旨在探讨不同水文条件（季风径流与冬季低流量）如何影响河流污染物混合物的主要毒理学作用机制的季节性变化，并确定对观察到的生物活性起重要作用的化学物质。为此，研究人员在 Nakdong 河应用了综合框架，包括季节性的 POCIS 采样、多层次的体内和体外生物测定以及高分辨率可疑物质筛查。该框架有助于诊断潜在的混合物毒性、阐明潜在的毒理学机制，并系统地优先识别可能的毒性驱动因素，包括未受监管的污染物。
研究地点和 POCIS 采样
位于韩国釜山地区的 Nakdong 河采样点可能受到上游废水排放和农业径流的影响（图 1）。值得注意的是，该采样点靠近一家自来水处理厂的取水设施，这凸显了其对饮用水质量潜在影响的重要性。2024 年和 2025 年的夏季（8 月）及冬季（1 月），研究人员在该地点部署了 POCIS 采样器，采集了水柱中部的时间积分水样。
通过生物测定揭示的 POCIS 提取物的季节性毒性模式
研究人员使用 POCIS 提取物进行了综合毒性评估，包括 D. magna 固化试验和一系列体外生物测定。通过生成夏季和冬季提取物的 D. magna 固化浓度-反应曲线来评估急性毒性（图 2），提取物浓度按 OECD 测试指南 202（测试编号 2004）以体积百分比（v/v）表示。结果表明，毒性特征受季节性水文条件的显著影响。
结论
本研究表明，河流系统中的季节性水文变化不仅影响污染物的存在，还影响污染物混合物的毒理学作用机制。季风驱动的夏季径流与增强了的急性毒性及受体介导的生物效应相关，而冬季低流量条件则表现为较低的急性毒性，但氧化应激通路（Nrf2）被显著激活。
未引用的参考文献
图形摘要由 BioRender.com 制作
CRediT 作者贡献声明
林亨俊（Hyungjoon Im） 和 崔叶云（Yegyun Choi）：概念设计、方法论制定、初稿撰写。金伯利·埃托姆比·穆安博（Kimberly Etombi Muambo）：数据整理、方法论制定、初稿撰写。李允浩（Yunho Lee）：审稿和编辑。吴贞恩（Jeong-Eun Oh）：监督、审稿和编辑、资金筹集
未引用的参考文献
(Lee 和 Oh, 2023)
CRediT 作者贡献声明
林亨俊（Hyungjoon Im）：初稿撰写、方法论制定、研究设计。崔叶云（Yegyun Choi）：审稿与编辑、验证、资源协调、方法论制定。金伯利·埃托姆比·穆安博（Kimberly Etombi Muambo）：审稿与编辑、方法论制定、数据分析、数据整理。李允浩（Yunho Lee）：审稿与编辑、验证、资金筹集。吴贞恩（Jeong-Eun Oh）：审稿与编辑、监督、资金筹集。
利益冲突声明
作者声明以下可能构成利益冲突的财务利益和个人关系：
"由于李允浩在《Water Research》杂志担任编辑职务，他未参与本文的同行评审，也无法获取有关同行评审的信息。本文的编辑工作完全由另一位期刊编辑负责。" 如果有其他作者，他们声明没有已知的财务利益冲突。
致谢
本研究得到了韩国国家研究基金会（NRF）基础科学研究计划的支持，该计划由教育部资助（RS-2021-NR060122）。
