《Archives of Biochemistry and Biophysics》：The influence of UV filters (Oxybenzone and Avobenzone) on lipid monolayers, with consideration of the role of lipid structure and monolayer composition.
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本研究探讨氧苯酮（Oxy）和阿伏苯宗（Avo）对典型细菌膜脂质单层及混合膜模型的影响，通过表面压/面积、渗透性及布儒斯特角显微镜分析发现，Avo对脂质系统的亲和力显著高于Oxy，且脂质结构（亲水头与疏水链构象）及单层组织（致密域分散于流体基质）是影响滤剂吸附的关键因素，同时为评估其生物累积性和毒性提供了模型依据。
贝亚塔·维日加（Beata Wy?ga）|卡罗利娜·奥莱霍夫斯卡（Karolina Olechowska）|玛格达莱娜·斯科拉（Magdalena Skóra）|卡塔日娜·汉奇-维德罗（Katarzyna H?c-Wydro）
雅盖隆大学化学系，格罗诺斯塔约瓦街2号，30-387克拉科夫，波兰
摘要
紫外线过滤剂的广泛使用及其释放到环境中引发了人们的担忧，因为它们可能对生物体产生有害影响。因此，目前正对紫外线过滤剂的毒性和生物累积能力进行深入研究。本研究探讨了两种紫外线过滤剂——氧苯酮（Oxybenzone，简称Oxy）和阿伏苯酮（Avobenzone，简称Avo）对细菌膜典型脂质形成的单层结构以及模拟大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）膜的混合脂质薄膜的影响。所研究的脂质在疏水性和亲水性方面存在差异，这有助于分析脂质结构和单层组成对紫外线过滤剂亲和力的影响。实验包括表面压力/面积测量、渗透性研究以及布鲁斯特角显微镜观察。此外，还进行了多种细菌菌株的体外（in vitro）测试。
研究结果表明，这两种紫外线过滤剂对不同脂质和膜模型的亲和力各不相同。阿伏苯酮（Avo）对研究系统的改变化较大。然而，最重要的结论是，过滤剂对脂质系统的亲和力取决于脂质的结构（决定了单层的性质）以及单层的组织方式。分散在更流动基质中的凝聚结构域是增强阿伏苯酮吸收及其流动效应的关键因素。
阿伏苯酮（Avo）和氧苯酮（Oxy）的毒性效应并未直接与其与脂质的相互作用相关。尽管如此，这些化合物对脂质和膜结构的亲和性可能促进它们在生物体细胞中的积累。
引言
紫外线过滤剂是许多化妆品中的成分，用于保护皮肤免受紫外线（UV）辐射的伤害。这些产品使用后会在沐浴或游泳时被洗掉，从而直接或通过污水处理厂进入水环境。它们直接应用于皮肤或释放到环境中，都可能对生物体构成潜在威胁。因此，目前正对紫外线过滤剂的毒性和生物累积能力进行深入研究。
本实验选择了两种紫外线过滤剂：阿伏苯酮（Avobenzone，化学式1-(4-叔丁基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烷-1,3-二酮，简称Avo）和氧苯酮（Oxybenzone，化学式2-羟基-4-甲氧基苯基)苯甲酮，简称Oxy）。据称，在推荐浓度下，阿伏苯酮对人体是安全的[1]。体外和体内实验表明，这种化合物的皮肤吸收量较低，但其穿透角质层和进入人体表皮的能力受多种因素影响[1, 2]。氧苯酮因其干扰内分泌系统的活性以及能够穿透皮肤并进入血液循环而闻名。文献中记录了其暴露于氧苯酮、其在样本中的存在及其与健康结果之间的关联[3]，但建议进一步研究以全面了解其对人体健康的潜在风险[4]。相比之下，阿伏苯酮被认为对生物体更为安全[5, 6]。
与紫外线过滤剂广泛使用相关的一个重要问题是它们向环境的排放。大量研究表明，这些物质存在于各种环境样本中，包括水和沉积物[7, 8, 9, 10, 11]。由于这些物质的广泛使用和持续释放，它们在生态系统的不同营养级生物体内都能被检测到。紫外线过滤剂能够生物累积，并以原始形式或经过化学、物理或生物降解后的形式在食物链和生态系统中持续存在[12, 13, 14, 15]。尽管不同紫外线过滤剂的生物累积潜力已得到充分评估，但关于它们在特定组织/细胞类型中累积倾向的信息仍较为有限。例如，有研究表明，所研究的UVA过滤剂在陆地动物（如鸡和家鸽）的组织中累积量更多[16, 17]；在陆地动物中，大脑、胃和肾脏是主要累积部位，而在鱼类中则是肝脏[16, 17]。其他研究[18]发现，大西洋海象（Odobenus rosmarus）和环斑海豹（Pusa hispida）的脂肪组织中紫外线过滤剂的累积水平高于肝脏。这些物质在北极海洋哺乳动物组织中的分布呈现出与组织类型、空间位置、性别和化合物类型相关的特定模式。暴露途径也被认为影响紫外线过滤剂在哺乳动物体内的分布[19, 21]。此外，脂质含量也被提出可能影响这些化合物在组织中的分布[18]。珊瑚研究也表明，脂质含量在紫外线过滤剂在生物体内的生物累积中起作用[3, 22, 23]。
有机紫外线过滤剂具有高度疏水性，因此它们对脂质和脂肪的亲和性是预期的。然而，在考虑这些化合物在组织中的分布时，脂质的浓度和结构都可能是重要因素。因此，本研究的目的是探讨氧苯酮（Oxy）和阿伏苯酮（Avo）对各种脂质及其混合物的亲和力，并评估脂质结构、混合物组成与紫外线过滤剂效应之间的关联。为此，使用了不同极性头部结构的磷脂形成的脂质单层：POPE（1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺）、POPG（1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸-(1'-顺式-甘油)（钠盐）、两种心磷脂（TOCL和TSCL，其疏水链饱和度不同）以及PG di-15:0（1,2-十五烷酰-sn-甘油-3-磷酸-(1'-顺式-甘油)（钠盐）。
这些脂质是细菌膜的典型成分，这有助于从脂质在紫外线过滤剂生物累积和毒性中的作用角度分析实验结果。此外，细胞膜是由多种脂质组成的混合物。为了更准确地反映膜的复杂组成，除了单一成分的单层外，还研究了模拟大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）细胞周围脂质结构的混合系统。最后，在体外实验中研究了这两种过滤剂对细菌菌株的影响，以便将模型膜的结果与细菌细胞的结果进行对比。
材料
实验中使用的所有脂质均为高纯度（≥99%）的合成化合物，购自美国Avanti Research公司。具体包括：1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺（POPE）、1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸-(1'-顺式-甘油)（钠盐）（POPG）、1',3'-bis[1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸]-甘油（钠盐）（TOCL）、1',3'-bis[1,2-二硬脂酰-sn-甘油-3-磷酸]-甘油（钠盐）（TSCL）和1,2-十五烷酰-sn-甘油-3-磷酸-(1'-顺式-甘油)（钠盐）。
氧苯酮（Oxy）和阿伏苯酮（Avo）对革兰氏阴性菌大肠杆菌（E. coli）模型膜的影响
大肠杆菌模型膜及其由特定脂质组成的单层膜在缓冲液和紫外线过滤剂溶液中的等温线图见补充材料（图S2和S3）。
通过比较缓冲液中的薄膜曲线和BAM图像，可以基本了解这些薄膜的特性。如图S2和S3所示，在压缩大肠杆菌、POPG和TOCL薄膜的过程中，表面压力呈单调上升趋势。
讨论
研究结果表明，脂质的结构与紫外线过滤剂对形成的单层的影响之间存在关联。脂质的结构也影响薄膜的性质，进而可能影响紫外线过滤剂的效应。为便于分析这些关系，图6总结了在30 mN/m表面压力下所有测试单层在单独紫外线过滤剂存在下的结果。
结论
研究表明，紫外线过滤剂对单层中的脂质具有亲和力。这种亲和力的强度因使用的过滤剂（氧苯酮与阿伏苯酮）和构成单层的脂质结构而异。阿伏苯酮对所有测试系统的效应显著强于氧苯酮，这与两种化合物的分配系数一致。重要结论是，紫外线过滤剂对脂质系统的影响不仅直接取决于脂质本身
CRediT作者贡献声明
贝亚塔·维日加（Beata Wy?ga）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化处理、验证、方法论设计、实验实施、数据分析、概念构建。卡罗利娜·奥莱霍夫斯卡（Karolina Olechowska）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、实验实施、数据分析、概念构建。玛格达莱娜·斯科拉（Magdalena Skóra）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论设计、实验实施、数据分析、概念构建。卡塔日娜·汉奇-维德罗（Katarzyna H?c-Wydro）：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明不存在任何可能影响本文研究的利益冲突。
竞争利益声明
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