内分泌干扰物与微生物|助力国自然2025

内分泌干扰物（Endocrine disrupting chemicals，EDCs），是新兴污染物的一种，能够干扰人类或动物内分泌系统各环节并导致异常效应，严重时致癌、致畸、致突变（“三致”）。WHO将其定义为：改变内分泌系统功能并因此对完整生物体、其后代或（亚）群体造成不良健康（内分泌紊乱的特性）影响的外源性物质或混合物。

目前EDCs在土壤和水系统中无处不在，对于水体系统来说，地表水的EDCs浓度高于地下水，而河床沉积物中的EDCs浓度也较高，尤其是一些酚类物质。 内分泌干扰物（EDCs）通过食物、饮水可以被人类直接摄取，因其生物富集型特点，于体内富集，因其与激素相同的化学结构/功能，所以EDCs能够阻断或干扰人体激素，导致健康问题。

图 内分泌干扰物被吸收时，对内分泌系统的影响：降低/增加正常的激素水平（左），模仿人体天然激素（中），改变激素的自然产生（右）

内分泌干扰物可分为人工和天然来源两大类，天然来源主要时动物来源的内源性激素或者植物雌激素；而人工来源的EDCs种类众多，包含农药、人造激素仿制物、个人护理产品、化妆品、塑料、金属、纺织品和建筑材料中的添加剂等。根据WHO在2002年对EDCs的归类，我们可以将EDCs分为11个大类，详细的信息列在下表中。

表 EDCs的分类及其重要示例

内分泌干扰物具有疏水性、亲脂性、强持久性以及潜在的长距离传输和生物积累效应，EDCs通过工厂、农业生产、垃圾填埋场等地方的点源排放以及农田等低点的面源污染进入环境，通过水环境（地表水、地下水等）的自然迁移。在迁移过程中EDCs也会发生相的改变，例如溶解相和固体的相互转化。EDCs的迁移受到水流、环境地理因素的驱动，例如温度、pH值和孔隙度等。吸附和生物降解是控制环境中EDCs的重要过程，吸附改变的是EDCs的可利用比率，生物降解破坏的是EDCs的结构和形态，从而破坏EDCs的危害。

图 EDCs在水生环境下的转化趋势概览

内分泌干扰物（EDCs）对生态系统的影响具有持久性和生物积累性的特点，总的来说，

内分泌干扰物的危害可以分为生物毒性和生物积累毒性。

（1） 生物毒性：部分EDCs具有特殊的生物毒性，对生物的生化反应过程有影响，例如除草剂和双酚A对于氨基酸合成和光合能力具有影响，能影响植物的生长发育。EDCs严重影响生殖腺的发育，诱发性畸形，并改变青春期的开始时间，同时，怀孕期间的EDCs暴露甚至能导致胚胎发育受损。

（2） 生物积累毒性：不同类型的EDCs会通过不同的途径积累，例如以肥料形式存在的多氯联苯会通过植物-食草动物的食物链积累，而存在与河流底泥中的物质则更多通过鱼类-野生动物的食物链积累。而这些生物积累的物质进一步通过食物的方式进入人体，对人体造成健康损害。

（3） 人体危害性：EDCs的暴露与男性生殖系统紊乱，精液质量下降、不孕症以及前列腺癌等疾病密切相关，对于女性来说，EDCs的短期暴露则可能导致胎儿发育中断，女性生殖系统的疾病，例如排卵功能障碍（PCOS），子宫内膜异位症，哺乳障碍和其它乳房疾病（乳腺癌）等密切相关。

微生物可以将EDCs作为碳源，并将其降解为毒性较低且无害的副产品，整个过程“绿色”无污染。但微生物在EDCs的暴露下也会导致细菌毒力变化，甚至和其携带的抗生素抗性基因发生“复合污染”，因此研究微生物与EDCs的相互作用十分重要，目前主要的研究热点为：

（1）EDCs（或多种污染物）暴露下，微生物群落组成和结构变化差异，及其人体危害性的提升（例如抗生素抗性基因、毒力因子等）；

（2）微生物对于EDCs的生物降解能力，微生物的生物修复潜力探讨；

（3）微生物群落对于暴露于污染物的宿主调节功效，例如暴露于双酚A的小鼠肠道菌群抵抗污染物能力等。

取样样本：如上图，通常设置不同浓度，不同处理方式，取环境样本（水、土壤等）、植物、动物等样本进行组学检测。

生物学重复：≥5个（考虑个体差异性存在，可适当增加每组生物学重复数目）。

英文标题：Genome-Centric Metatranscriptomic Characterization of a HuminFacilitated Anaerobic Tetrabromobisphenol A‐Dehalogenating Consortium

发表期刊：Environmental Science&Technology（IF：10.8）

发表时间：2023.11

样本类型：专性富集脱卤菌的培养物

组学技术：16S rDNA测序（V4）+宏基因组+宏转录组 

图 研究思路图

研究内容：

四溴双酚A (Tetrabromobisphenol A，TBBPA) 是一种广泛用于电子制造业的溴化阻燃剂，由于电子垃圾处理不当，已造成全球污染。其持久性、生物累积性和潜在致癌性促使人们研究其转化和潜在的（非）生物相互作用。本研究实现了厌氧富集培养，能够将 TBBPA还原脱卤为生物利用度更高的双酚A。作者通过16S rRNA基因测序和qPCR证实，TBBPA中四种溴离子的连续脱卤与脱卤杆菌属和脱卤球菌属的生长密切相关。每释放 1μmol的Br⁻ ，脱卤杆菌属和脱卤球菌属生长5.0 ± 0.4 ×10⁸和8.6 ± 4.6 × 10⁸个细胞。进一步研究表明，固体腐殖质和还原性腐殖质改良剂的添加（本文中表征，并称为humin，胡敏素）促进了TBBPA脱卤反应。后续作者又进行了宏转录组分析，结果表明，在腐殖质改良剂的作用下， TBBPA脱卤rdhA（还原性脱卤酶）基因、脱卤杆菌属中的Dhb_rdhA1基因和脱卤球菌属中的Dhc_rdhA1/Dhc_rdhA2基因上调，这些基因都是和脱卤祥光。在腐殖质改良剂（胡敏素）处理中，作者通过基因富集分析发现，乳酸发酵、从头类咕啉生物合成和细胞外电子传递等基因的上调也刺激了TBBPA脱卤。

图 基于宏基因组MAGs的系统发育树

英文标题：Foliar Application of Nanoparticles Reduced Cadmium Content in Wheat (Triticum aestivum L.) Grains via Long-Distance“Leaf−Root− Microorganism” Regulation 

发表期刊：Environmental Science&Technology（IF：10.8）

发表时间：2024.04

样本类型： 根际土壤

组学技术：16S rDNA测序（V3-V4）+非靶代谢

图 研究思路图

研究内容：

叶面施用有益的纳米颗粒（NPs）在减少作物对镉（Cd）的吸收方面具有潜力，因此需要系统地了解其叶-根-微生物过程，以实现高效纳米农用化学品的可持续发展。本篇文章中作者设计了梯度实验，以调查生长在Cd污染土壤中的小麦（5.23 mg/kg）喷施不同浓度的纳米硒 （SeNPs）/二氧化硅 （SiO₂NPs）/氧化锌/二氧化锰等四种常用NPs后，其微生物群落及最后吸收Cd的效用。SeNPs和SiO₂NPs最有效地降低了小麦籽粒中Cd的浓度，并且通过与对照相比，作者发现施用0.96 mg/株SeNPs和2.4 mg/株SiO₂NPs显著降低了35.0%和 33.3%。从小麦产量的角度看，施用SeNPs显著提高了籽粒产量33.9%。

在叶面施用SeNPs和SiO₂NPs后，作者通过qPCR检测，观察到叶面中Cd转运蛋白（TaNramp5和TaLCT1）的基因表达下调和液泡Cd固定蛋白（TaHMA3和TaTM20）的基因表达上调。同时，作者通过叶片的代谢组学检测发现，SeNPs的施加提高了叶片中抗氧化代谢物的水平。此外，叶面喷施SeNPs导致根际有机酸丰度降低，根际土壤中Cd生物有效性降低，并与碳和氮相关的土壤微生物含量增加。我们的研究结果强调了SeNPs和 SiO₂NPs作为植物和根际土壤代谢调节方法减少小麦籽粒中Cd积累的潜力。

图 纳米颗粒施加后麦根际土壤微生物群的变化

参考文献

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