揭秘新烟碱类杀虫剂在人体的肝-血分配规律：配对肝-血生物监测证据

《Toxics》：Decoding the Liver–Blood Partitioning of Neonicotinoid Insecticides: Evidence from Paired Human Liver and Blood Biomonitoring Jiaqi Shao, Tingna Chen, Yihan Li, Wenfei Yu, Hangbiao Jin, Qinghua Zhou and Yuanchen Chen

本文基于234例配对肝组织和全血样本，首次系统揭示了人体内新烟碱类杀虫剂（NEOs）的靶器官负荷与肝-血分配（RB/L）模式。研究发现肝组织NEOs浓度显著高于血液，且分配比与化合物logKow呈负相关。在肝癌患者中观察到肝内富集增强，且肝组织内特定NEOs（如ACE、DIN）浓度与肝癌状态显著关联。本研究强调了靶器官特异性生物监测对准确评估NEOs暴露及其肝脏相关健康风险的重要性。

　　

引言：新烟碱类杀虫剂的暴露与靶器官监测挑战

新烟碱类杀虫剂（NEOs）是全球使用最广泛的杀虫剂之一，其在环境和人体样本中的检出率不断升高，引发了人们对慢性暴露及潜在健康风险的持续担忧。然而，关于NEOs在人体靶器官（如肝脏）中的负荷及其在肝与血液之间的分配规律，此前仍缺乏直接证据。大多数人群生物监测研究依赖于尿液、血清或全血等易于获取的基质来估算内暴露水平，但这些循环基质主要反映近期摄入和循环水平，可能无法充分代表靶器官的实际负荷。肝脏作为外源性物质摄取、生物转化和清除的核心器官，是许多环境污染物的主要靶器官。对于全氟和多氟烷基物质（PFAS）、持久性有机污染物（POPs）等污染物，已有配对肝-血测量研究表明，化合物存在特定的分配规律，且循环水平与肝内负荷存在显著差异。因此，仅基于血液的指标可能会低估靶器官的实际暴露。与此相对，关于NEOs在人体肝-血分配的直接证据仍然空白。同时，越来越多的关注指向NEO暴露与肝脏相关健康效应之间的潜在联系。毒理学研究表明，多种NEOs可在肝组织中诱导氧化应激、代谢紊乱和炎症反应。然而，缺乏靶器官特异性的暴露测量使得对此类关联的解释充满挑战，且可能与肝脏负荷最相关的化合物被错误识别。为此，本研究的主要目标是建立人体新烟碱类杀虫剂的配对肝-血生物监测框架，表征其体内分布和分配行为。

研究方法与材料

本研究于2019年至2021年间，在浙江大学医学院附属第一医院收集了234对肝组织和全血样本。队列包括肝癌患者（n = 125）和非肝癌参与者（n = 109）。为更好地代表非病变肝组织中的污染物存在情况，本研究采集的是正常肝组织而非肿瘤组织。所有参与者均提供了书面知情同意书。肝组织样本在肝切除术后立即采集，全血样本同时采集。选择全血作为循环基质，是因为其包含了血浆和细胞成分（主要是红细胞），能更好地反映在血细胞中有分配的化合物的总循环负荷。所有样本最终储存于-80°C直至分析。

样本前处理方面，肝组织样本经冷冻干燥、研磨后，加入同位素标记的内标混合物，用乙腈提取。全血样本的前处理流程与之类似，在样本量和溶剂体积上略有调整。使用超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱（UPLC-MS/MS）对九种目标NEOs进行定量分析，包括：吡虫啉（IMI）、啶虫脒（ACE）、噻虫嗪（THIA）、噻虫胺（CLO）、噻虫啉（THI）、氟啶虫酰胺（FLO）、烯啶虫胺（NIT）、氯噻啉（IMID）和呋虫胺（DIN）。质量控制结果表明，所有分析物的回收率均满足分析质量要求。

为表征个体NEOs在配对全血和肝组织之间的相对分布，计算了血-肝分配比（R_B/L），公式为 R_B/L= C_blood/ C_liver，其中C_blood和C_liver分别代表配对全血（ng/mL）和肝脏（ng/g）中个体NEOs的浓度。仅当血液和肝脏浓度均超过检出限（LOD）三倍时才计算R_B/L，以减少在检测限附近的不确定性。

统计分析使用Python进行。由于NEOs浓度呈右偏态分布，主要应用非参数方法。使用Spearman等级相关系数（ρ）评估连续变量间的相关性。在逻辑回归分析中，NEOs浓度在进行自然对数转换[ln(x)]后作为连续预测变量，以二元逻辑回归评估NEOs浓度与肝癌状态之间的关联。

结果与讨论

1. 全血和肝脏中新烟碱类化合物的水平与组成

在234名参与者的样本中，至少一种NEO在84.6%的血样和87.2%的肝样中被检出。全血中NEOs浓度的中位数范围为0.15-3.52 ng/mL，肝脏中为0.39-10.99 ng/g。∑NEOs（九种NEOs总和）的中位浓度在全血中为6.47 ng/mL，在肝组织中为32.69 ng/g，表明肝脏负荷显著更高。

在化合物特异性水平上，全血中的暴露组成高度不均。DIN和NIT在混合物中占主导，分别占∑NEOs的43.93%和35.48%。DIN的检出频率最高（84.6%），中位浓度为2.68 ng/mL。IMI和IMID处于中等水平。其余化合物（ACE、CLO、THI、THIA）的检出频率或浓度普遍较低，FLO在所有全血样本中均未检出。

与以往生物监测研究相比，本研究中几种高频率化合物的全血浓度显著升高，这可能反映了作物结构、农药使用模式的地区差异，以及研究人群、采样时期和分析方案的不同。

与全血相比，新烟碱类残留物在肝组织中显著升高。肝组织∑NEOs的平均浓度为32.14 ± 19.61 ng/g，约为全血水平的五倍。肝组织中NEOs的组成谱与全血有显著差异。DIN、NIT和IMID是主要贡献者，分别占∑NEOs的25.8%、20.1%和18.2%。值得注意的是，ACE在肝组织中的贡献率上升到约18.0%，而在全血中仅为3.0%。肝组织中∑NEOs的平均组成结构比在全血中观察到的分布更均匀。

分层分析显示，肝癌患者的肝内负荷高于非肝癌个体。肝癌组肝∑NEOs的中位浓度为37.97 ng/g，高于非肝癌组（32.53 ng/g）。在肝癌患者中，ACE、IMID、DIN和NIT的检出频率均超过70%，其中ACE在89.6%的样本中检出，显著高于非肝癌个体（77.1%）。组间对比在肝组织中比在全血中更为明显，这支持了在解释肝癌相关模式时关注肝内负荷的观点。

2. 基于人群生物监测的肝-血分配特征

计算得到的血-肝分配比（R_B/L）在不同化合物间差异很大，并且与logK_ow呈显著负相关（p = 0.026）。亲水性较低的化合物，如DIN和NIT，表现出较高的中位R_B/L值（分别约为0.5和1.5），表明其在全血中的相对存在量较大。相比之下，疏水性较强的化合物，包括THI和ACE，显示出明显较低的R_B/L值（分别约为0.09和0.07），反映了其相对更多地分配到肝组织中。这种化合物特异性模式与依赖于物理化学性质的分布规律一致，即增加的疏水性有利于与富含脂质的相结合以及肝组织内的大分子结合，导致较低的血-肝分配比。

肝-血分配不太可能仅由疏水性决定，而是反映了膜/脂质分配、与血浆和组织大分子（即未结合分数）的结合、电离行为以及转运蛋白介导的摄取和流出等多种过程的综合影响。在本研究中观察到的logK_ow与肝-血分配比之间的关系应解释为一种描述性的物理化学关联，而非因果机制，并可作为未来机制研究的假设基础。

分层分析进一步表明，肝癌人群的R_B/L值普遍低于非肝癌个体。总体而言，∑NEOs的分布在肝癌患者中（平均值±标准差：0.237 ± 0.234）较非肝癌个体（0.287 ± 0.301）向更低的R_B/L值偏移，表明相对更高的肝内富集。对于DIN，肝癌患者的中位R_B/L为0.223，显著低于非肝癌个体（中位数：0.295）。NIT也表现出相似的方向性差异。这些结果表明，与肝癌状态相关的肝-血分配模式发生了改变，其特征是相对较低的血-肝分配比和较高的肝内负荷比例。

3. 新烟碱类负荷的性别和BMI分层模式

在肝组织中，肝癌人群中大多数分析物未观察到性别差异。然而，在检出样本中，THIA浓度男性显著高于女性。在非肝癌人群中，男性对某些化合物表现出更高的肝内负荷：ACE浓度男性显著高于女性，∑NEOs在男性中也更高。

在全血中，非肝癌人群中未观察到显著的性别差异。相比之下，肝癌人群中的性别相关差异更为明显。在检出样本中，男性的IMI中位浓度高于女性，∑NEOs在男性中也更高。

在肝组织中，体重指数（BMI）与特定新烟碱类化合物的负荷相关。在非肝癌人群中，∑NEOs与BMI呈正相关，中位∑NEOs随BMI类别增加而升高。类似地，NIT浓度在非肝癌组中与BMI呈正相关。相比之下，THIA在两个人群中均与BMI呈负相关，在肥胖个体中检出后的中位浓度较低。

相比之下，BMI与全血中的∑NEOs没有一致的关联。总体而言，这些发现表明，新烟碱类负荷的BMI相关变异在肝组织中比在全血中更为明显。

4. 肝组织新烟碱类负荷与肝癌状态之间的关联

为了检查NEO负荷在肝癌和非肝癌个体之间的差异，以肝癌状态为结果，分别使用全血和肝组织的定量测量值构建了逻辑回归模型。

在全血中，尽管肝癌组个体NEOs浓度数值上更高，但没有一种化合物在粗模型或调整模型中显示出与肝癌状态有统计学意义的关联。因此，在本数据集中，基于血液的NEO浓度未能提供区分肝癌与非肝癌个体的统计学显著证据。

相比之下，基于肝组织的分析表明，按疾病状态划分的NEO负荷差异更为明显。肝癌患者的总肝∑NEOs浓度高于非肝癌个体，其中ACE、DIN、IMID和THIA观察到统计学显著差异。相应地，逻辑回归分析显示，肝组织中ACE、DIN、IMID和THIA的浓度与肝癌状态存在统计学显著关联。在对性别和BMI进行调整后，这些关联仍然具有统计学显著性。

总体而言，当使用肝组织浓度评估时，几种NEOs与肝癌状态存在统计学显著关联，而相应的基于血液的测量则没有。这些发现强调了靶器官测量对于按疾病状态区分内部暴露模式的重要性。从生物学角度，肝脏是外源性物质摄取、代谢和清除的主要场所，毒理学研究表明，多种NEOs可在肝组织中诱导氧化应激、炎症反应和代谢紊乱，并伴有生物标志物或组织病理学改变。这种靶器官背景可能部分解释了为什么疾病相关差异在肝组织中比在全血中更为明显。

结论

本研究报道了来自234个个体的基于人群的配对肝-血NEOs生物监测数据，为人体内部分布和肝-血分配提供了直接证据。NEOs在两种基质中均被频繁检出，且肝∑NEOs显著高于全血水平，表明仅靠血液测量可能会低估靶器官负荷。DIN在两种基质中均占主导，但混合物谱在血液和肝脏之间存在差异，突出了明显的基质特异性异质性。R_B/L在不同化合物间差异很大，并且与logK_ow呈显著负相关，这与体内依赖于物理化学性质的分配规律一致。肝癌患者的R_B/L值普遍较低，反映了在病理条件下向肝内富集的转变。在探索性逻辑回归模型中，几种肝内NEOs在调整年龄、性别和BMI后与肝癌状态相关，而相应的基于血液的指标则没有显示出类似的关联。鉴于横断面病例对照设计，这些结果是假设生成性的而非因果性的，并强调了在评估肝脏相关结局时仅使用血液生物标志物可能导致暴露错误分类的风险。未来的工作应优先采用具有更丰富临床特征的纵向设计，并将混合物分析框架与毒代动力学框架相结合，以阐明肝-血分配的決定因素并加强因果推断。