有机磷酸酯（OPEs）作为替代阻燃剂被广泛生产和使用，其对视觉功能的潜在危害引发关注。这篇研究采用多组学分析、靶向生物测定和模块化模型拟合等方法，以斑马鱼幼虫为模型，研究了三种典型有机磷酸酯（OPEs）（TBOEP、TPHP、TDCIPP）对视觉系统的毒性机制，并构建了定量不良结局途径（qAOP）模型。
研究背景
- 有机磷酸酯（OPEs）的环境风险：有机磷酸酯（OPEs）作为替代阻燃剂广泛使用，其释放到环境中可能对水生生物和人类产生不良影响，且新型有机磷酸酯（OPEs）不断被发现，风险评估迫在眉睫。
- 视觉毒性研究现状：已有研究表明有机磷酸酯（OPEs）对水生生物的视觉系统有影响，但因果关系未完全明确，缺乏全面的风险评估，qAOP在视觉毒性方面的研究有待发展。
- 斑马鱼作为研究模型的优势：斑马鱼视觉系统成熟快、结构保守、行为测试方便，是研究视觉系统毒理学的理想模型。
研究方法
1. 化学物质与试剂：使用多种化学试剂，包括TBOEP、TPHP、TDCIPP等，用于暴露实验。
2. 斑马鱼培养与暴露实验：斑马鱼胚胎在特定条件下培养，72小时后选取健康幼虫进行暴露实验，设置不同浓度梯度，包括TBOEP（54、269、538、1615、3230μg/L）、TPHP（3、16、31、93、186μg/L）、TDCIPP（30、146、291、873、1746μg/L），对照组用0.01%DMSO作为溶剂，暴露期间每日更换溶液。
3. 视觉行为测试：在特定时间段进行视觉运动反应（VMR）、视动反应（OKR）和趋光性测试，评估斑马鱼幼虫的视觉功能。
4. 靶向生物测定：通过一系列生物测定检测有机磷酸酯（OPEs）对斑马鱼幼虫的影响，包括检测活性氧（ROS）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX）、总抗氧化能力（TAOC）、丙二醛（MDA）、乙酰胆碱酯酶（AChE）、乙酰胆碱（ACh）、白细胞介素 - 6（IL - 6）、白细胞介素 - 8（IL - 8）等。
研究结果
1. 有机磷酸酯（OPEs）在斑马鱼幼虫中的积累与顶端效应
- 有机磷酸酯（OPEs）在暴露溶液中浓度稳定，在幼虫中快速积累，72小时达到平衡，TPHP生物蓄积性较高。
1.TBOEP、TPHP 和 TDCIPP 在斑马鱼幼虫暴露 72 小时后的积累和不良反应。TBOEP 的标称暴露浓度为 54、269、538、1615 和 3230 μg/L;TPHP 为 3、16、31、93 和 186 μg/L;TDCIPP 为 30、146、291、873、1746 μg/L。浓度梯度简化为 A、B、C、D、E 和载体对照。（A） OPE 的内部浓度。（B） 在连续黑暗中移动的总距离（10 分钟）。（C） 在亮/暗时段移动的总距离（40 分钟，亮-暗-亮-暗各 10 分钟）。（D） 斑马鱼幼虫的扫视运动用垂直的黑白旋转条纹刺激 1 分钟。（E） 斑马鱼幼虫从暗室游到白色亮室的百分比。（F） 眼部面积的量化。（G-I）斑马鱼幼虫视网膜层厚度的统计分析。（J） 斑马鱼幼鱼视网膜的 H&E 染色，包括晶状体、神经节细胞层 （GCL）、内丛状层 （IPL）、内核层 （INL）、外丛状层 （OPL） 和感光细胞层 （PCL）。比例尺：50 μm。数据以平均值± SD 表示。星号表示与载体对照相比的显着差异 （*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001）。图中的红色三角形表示统计学上显着改变的视网膜层。
- 随着OPE暴露浓度增加，斑马鱼幼虫死亡率上升，在光暗转换中，幼虫游泳距离减少，OKR和趋光性受抑制，表明有机磷酸酯（OPEs）主要影响幼虫视觉功能而非运动能力，且对视觉功能的影响与眼睛形态损伤无关。
2. 视网膜结构损伤：组织病理学检查发现，除最低浓度组外，其他浓度组视网膜结构有显著变化，PCL和GCL厚度减少，表明视网膜信号接收、形成和传导受损可能是幼虫视觉行为缺陷的原因。
3. 有机磷酸酯（OPEs）诱导的关键事件
- 氧化应激：有机磷酸酯（OPEs）刺激幼虫产生ROS，激活抗氧化防御系统，但过量ROS导致氧化应激，表现为GPX和T - AOC先升后降，MDA含量显著增加，转录组和代谢组数据也支持这一结果，表明斑马鱼幼虫可能通过激活NRF2 - KEAP1 - ARE信号通路应对氧化应激。
图 3.TBOEP、TPHP 和 TDCIPP 对斑马鱼幼虫的视觉毒性机制。（A） 提出的不良结果途径 （AOP） 网络。证据分别来自转录组学分析（圆括号中为 DEGs）、代谢组学分析（方括号中为 DMs）和生物测定（大括号中为生化指标）。彩色小箭头表示暴露于相应 OPE 后显着的上调和下调变化，黑色箭头表示三种 OPE 诱导的常见变化。（B） 视觉毒性 AOP 的示意图（由 Figdraw 可视化）。红色的 DEGs 和 DMs 表示上调，而蓝色的 DEGs 和 DMs 表示下调。缩写是同质酸 （HGA）、磷脂酰胆碱 （PC）、溶血磷脂酰胆碱 （LysoPCs）、γ-氨基丁酸 （GABA）、烟碱乙酰胆碱受体 （nAChR）、环 AMP 反应元件结合蛋白 （CREB）、鸟苷二磷酸 （GDP）、鸟苷三磷酸 （GTP）、鸟苷一磷酸 （GMP）。
- 神经系统过程：有机磷酸酯（OPEs）可能通过影响胆碱能突触通路影响神经传递，表现为VGCC关键基因下调，磷脂酰胆碱和溶血磷脂酰胆碱水平降低，AChE受抑制，ACh过度积累，尤其是TPHP。
- 早期发育：转录组分析显示有机磷酸酯（OPEs）影响斑马鱼幼虫早期发育，尤其是眼睛形态发生，如TPHP暴露导致部分浓度下晶状体畸形，还影响与视网膜结构相关基因表达，导致光感受器受损，视蛋白基因下调，视黄酸水平降低，影响光感受器外段形成和视蛋白合成。
- 视觉系统功能：光转导相关基因表达下调，影响光信号转换和视觉传导，G蛋白偶联受体激酶（GRKs）基因grk1b下调，延迟光反应恢复，降低视觉敏感度。
4. 有机磷酸酯（OPEs）的qAOP构建与评估
- 确定ROS产生为分子起始事件（MIE），后续关键事件包括氧化应激、光感受器功能障碍、视网膜损伤、AChE抑制和ACh积累，最终导致异常视觉行为，构建qAOP模型，除KE - 5外，其他事件重要性为“高”，KERs的生物学合理性高，但定量理解相对较弱。
- 基于TBOEP暴露数据的qAOP模型对TPHP和TDCIPP暴露的剂量 - 反应和反应 - 反应关系有一定预测能力，调整暴露浓度输入（考虑相对效力和毒代动力学参数）可提高预测准确性，但模型预测存在不确定性，如暴露时长、AOP开发中的置信度评估、KERs量化模型等因素。
研究结论
1. TBOEP、TPHP和TDCIPP主要通过氧化应激诱导斑马鱼幼虫视觉功能障碍，进而影响光感受器和视网膜结构，最终破坏视觉行为。
2. 构建的qAOP模型对具有共同AOP或靶点的有机磷酸酯（OPEs）的视觉相关效应有预测潜力，整合毒代动力学参数可提高预测准确性，有助于有机磷酸酯（OPEs）的风险评估和危害预测。
Gao, N., Yang, L., Zhu, L., Zhu, L., & Feng, J. (2024). New Insights into the Visual Toxicity of Organophosphate Esters: An Integrated Quantitative Adverse Outcome Pathway and Crosschemical Extrapolation. Environmental Science & Technology, 58(1), 504-516. doi:10.1021/acs.est.4c08176
