1、近年來，隨著新型環(huán)境污染物的提出，含氟污染物作為其中重要的一大類正逐步引起國內(nèi)外的重視。在眾多的含氟污染物中，有兩類因其自身的特點，受到較高的關注。一類是全氟化合物（PFAAs），被廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)和生活消費領域。它們的難降解性，存在持久性和強生物蓄積性，已對全球范圍的環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)造成了污染，并對包括人類在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)中的各種生物構成了潛在的威脅。另一類是氟喹諾酮類藥物(FQs)，作為一種人用和獸用藥物，由于該類藥物在體內(nèi)的不完全

2、吸收和傳統(tǒng)水處理方法的弊端，使得該類藥物的原形化合物及其代謝產(chǎn)物進入各種水體、土壤等環(huán)境介質中。長期富集后的藥物殘留物通過食物鏈影響動植物和微生物的正常生命活動，對生物體造成嚴重的毒性脅迫，進而對人類健康造成不良影響。
　　 這兩類外源化合物經(jīng)呼吸道、消化道和皮膚接觸等途徑進入生物體后，可能引發(fā)機體各組織和器官的損傷，導致機體代謝紊亂。這些污染物進入機體后首先與體液接觸，通過循環(huán)系統(tǒng)進行運輸，在這些過程中污染物會與組織液、血液中

3、的蛋白和酶分子發(fā)生相互作用，誘發(fā)蛋白的結構和功能變化，進而引起細胞損傷。蛋白質是生物體各種功能的直接執(zhí)行者，而細胞是生物體結構和功能的基本單位，因此，從蛋白質分子和細胞兩個層面建立這兩類含氟污染物轉運過程毒性微觀機制的研究是十分必要的。
　　 本論文在已有的研究結果的基礎上，以分析化學和環(huán)境毒理學為背景，選取了具有代表性的全氟化合物(全氟戊酸PFPA、全氟辛酸PFOA和全氟癸酸PFDA)和氟喹諾酮類藥物（環(huán)丙沙星CPFX和恩諾沙

4、星ENFX），從分子和細胞兩個層面考察了這兩類含氟污染物轉運過程中的毒性作用機理及同類含氟污染物同系物之間的毒性作用規(guī)律。論文主要包括以下五個部分:
　　 論文第一章簡要介紹了新型環(huán)境污染物的概念，闡明了全氟化合物和氟喹諾酮類藥物這兩類含氟污染物的使用現(xiàn)狀，概述了這兩類污染物的具體環(huán)境分布特點及污染現(xiàn)狀，對目前兩類含氟污染物展開的毒性研究進展和毒性評價方法進行了具體介紹。在文獻綜述的基礎上，分析了目前這兩類含氟污染物毒性評價中存

5、在的問題，提出了在體外條件下從分子和細胞兩個層面建立兩類含氟污染物的轉運過程毒性的評價方法。
　　 論文第二章以轉運過程中的胞外蛋白為靶分子，從分子水平上評價了三種全氟化合物（PFPA、PFOA和PFDA）和兩種氟喹諾酮類藥物（CPFX和ENFX）分別對牛血清白蛋白(BSA)的毒性作用機理及同系物之間的作用規(guī)律，并基于FQs的藥理學特性，采用光譜學方法考察了CPFX和ENFX對轉運過程的非特異性免疫蛋白溶菌酶的毒性作用。

6、　　 1)利用熒光光譜、同步熒光光譜、圓二色譜等光譜學手段和熱力學計算評價了不同碳鏈長度的三種全氟化合物(PFPA、PFOA和PFDA)對BSA的毒性作用規(guī)律。從熒光光譜和圓二色譜的結果可以發(fā)現(xiàn)，PFPA對BSA的結構影響不大，而PFOA和PFDA均通過氫鍵和范德華力與BSA結合，使BSA的內(nèi)源熒光發(fā)生了明顯的猝滅作用，并使蛋白的骨架變得松散。其中，碳鏈較長的PFDA對BSA的毒性作用更強。
　　 2)以BSA為靶分子，利用多

7、種光譜學手段及分子模擬手段評價了ENFX及其主要代謝產(chǎn)物CPFX的毒性作用特點。研究發(fā)現(xiàn)，二者均能使BSA的內(nèi)源熒光發(fā)生明顯的猝滅作用，并生成了FQ-BSA復合物。熱力學公式計算表明，CPFX和ENFX均通過靜電作用與BSA發(fā)生結合，并且CPFX與BSA之間的作用力要大于ENFX。利用分子對接模擬技術進一步確定CPFX(ENFX)與BSA的結合位置位于BSA位點Ⅱ區(qū)的正電荷氨基酸殘基區(qū)域。而紫外可見吸收光譜和圓二色譜的研究結果表明，CP

8、FX和ENFX使BSA的二級結構和氨基酸殘基周圍的微環(huán)境發(fā)生了改變。
　　 3)溶菌酶作為體液內(nèi)重要的非特異性免疫蛋白，參與機體內(nèi)的多項免疫反應。攝入后的污染物會對其結構和功能的表達造成影響。因此，本部分從分子水平探討了兩種具有藥理特性的CPFX和ENFX對溶菌酶結構的影響。光譜學手段結合分子模擬技術的研究結果表明，兩種FQs均與溶菌酶活性中心附近的Trp62和Trp63氨基酸殘基發(fā)生了作用，誘發(fā)溶菌酶的熒光發(fā)生了明顯的猝滅。通

9、過熱力學常數(shù)計算分析得出，它們之間的結合力主要為氫鍵和范德華力，并且ENFX的結合要大于CPFX，此結論在分子模擬結果中得到了驗證。另外，結合的FQs均使酶分子的二級結構和色氨基酸殘基的微環(huán)境發(fā)生了改變。
　　 論文第三章采用光譜學結合分子模擬手段，以轉運過程中幾種胞內(nèi)蛋白為研究對象，分別探討了三種全氟化合物（PFPA、PFOA和PFDA）和兩種氟喹諾酮類藥物(CPFX和ENFX)對牛血紅蛋白(BHb)的毒性影響機制及規(guī)律。另外

10、，從分子層面考察了CPFX和ENFX對細胞內(nèi)的抗氧化酶（過氧化氫酶CAT和銅鋅超氧化物歧化酶Cu/ZnSOD）的結構和功能影響。
　　 1)通過多種光譜學手段，研究了PFPA、PFOA和PFDA與BHb的毒性作用機理。結果表明，PFPA和PFOA對BHb熒光光譜的影響很小，而PFDA能夠使BHb的熒光發(fā)生增敏作用。通過紫外可見吸收光譜和圓二色譜可以發(fā)現(xiàn)，PFDA使BHb的結構發(fā)生了改變，并伴隨著血紅素的暴露和高鐵血紅素的形成，從

11、而使血紅蛋白的傳輸氧能力下降。由此可見，隨著碳鏈增長，PFAAs對BHb的毒性作用增強。
　　 2)光譜學手段與分子模擬技術的研究結果表明，CPFX和ENFX都通過靜電力與BHb發(fā)生相互作用并形成復合物，而FQs與BHb的結合位置位于BHb四個亞基之間形成的空穴中。其中，CPFX與BHb的結合作用要大于ENFX。這種結合作用誘導了BHb的結構和氨基酸殘基微環(huán)境發(fā)生改變，骨架變得松散。
　　 3)通過多種光譜學手段、酶活性

12、評價和分子模擬技術，研究了CPFX和ENFX對CAT結構和功能的影響。結果發(fā)現(xiàn)，兩種FQs均可以通過靜電作用與CAT發(fā)生結合作用形成復合物，并且二者分別與CAT結合時只有一個結合位點，均位于CAT分子中心的疏水腔內(nèi)。兩種FQs改變了CAT的二級結構，從而導致CAT活性中心附近的微環(huán)境發(fā)生了改變，進而對CAT的活性產(chǎn)生了抑制作用，且CPFX對CAT的結構和功能影響要明顯大于ENFX。
　　 4)以Cu/ZnSOD作為靶分子，采用熒

13、光光譜、時間-分辨熒光光譜、紫外可見吸收光譜、同步熒光光譜、圓二色譜、酶活性分析和分子模擬技術，考察了CPFX和ENFX對Cu/ZnSOD毒性作用機理。FQs與Cu/ZnSOD之間有較強的相互作用，通過氫鍵與范德華力與酶分子1∶1結合。FQs的結合作用誘發(fā)了酶分子的構象改變，空間結構變得松散，但由于結合部位對活性中心的影響相對較小，所以Cu/ZnSOD的酶分子活性變化不大。
　　 論文第四章以人血紅細胞為研究對象，通過體外染毒，

14、從細胞水平分別考察了三種全氟化合物（PFPA、PFOA和PFDA）和兩種氟喹諾酮類藥物（CPFX和ENFX）對紅細胞抗氧化能力的影響，探討了兩類含氟污染物誘發(fā)紅細胞氧化應激效應的毒性作用規(guī)律。另外，結合第三章中抗氧化酶分子的實驗結果，通過比較分子和細胞水平的酶活性指標，探討了CPFX和ENFX誘發(fā)紅細胞的氧化應激機制與抗氧化酶分子結構和功能改變之間的相關性。
　　 1)通過測定紅細胞中氧化應激的五種生物學指標(GSH、MDA、C

15、AT、SOD和GSH-Px)發(fā)現(xiàn)，PFPA、PFOA和PFDA誘發(fā)紅細胞發(fā)生了氧化應激作用，表現(xiàn)為GSH含量的降低，MDA含量隨著染毒濃度的增加而增大，而CAT、SOD、GSH-Px的酶活性在低染毒濃度下變化不大，隨著作用濃度的增加，酶活性相應受到抑制，同時隨著碳鏈長度的增加，這五種指標的變化程度逐漸增大，這說明PFDA的毒性作用要明顯大于PFOA和PFPA，與分子水平的考察結果相一致。
　　 2)從CPFX和ENFX對人血紅細

16、胞的抗氧化能力的考察中發(fā)現(xiàn)，CPFX和ENFX均能影響紅細胞的抗氧化能力，表現(xiàn)為GSH含量隨著染毒濃度的增加而下降，MDA水平呈現(xiàn)上升的趨勢，其中，CPFX的毒性作用要大于ENFX。而CAT、SOD和GSH-Px的酶活性在低濃度染毒劑量下表現(xiàn)為誘導促進效應，而高濃度下表現(xiàn)為抑制效應，并且具有統(tǒng)計學顯著性特點。
　　 3)通過比較分子和細胞水平上關于兩種FQs對抗氧化酶（CAT和Cu/ZnSOD）活性的影響規(guī)律發(fā)現(xiàn)，細胞實驗中的酶

17、活性抑制現(xiàn)象與分子水平的考察結果一致，說明了分子水平的酶結構和功能改變也可以從一定程度反映出細胞中的抗氧化酶的變化程度，驗證了分子毒性實驗的可信度。另外，基于抗氧化酶在細胞防御系統(tǒng)的重要作用，并且酶結構決定其功能的表達，結合光譜表征的蛋白構象分析，可以判定，F(xiàn)Qs對兩種抗氧化酶結構和功能的影響與其誘發(fā)細胞的氧化應激效應機制之間存在密切的聯(lián)系。這為氧化應激機制的研究提供了新的思路，有利于疾病的早期診斷、預防和治療。
　　 論文第五

18、章對各部分的研究結果進行歸納總結，并分析了兩類含氟污染物的轉運過程毒性評價方法的優(yōu)勢和不足，對未來的研究方向進行了展望。本論文從分子和細胞兩個層面對兩大類含氟污染物轉運過程中的毒性作用機理進行了系統(tǒng)的評價，豐富了環(huán)境污染物體內(nèi)轉運過程中毒性通路的評價方法，具有很強的參考借鑒價值。通過探討和比較全氟化合物以及氟喹諾酮類藥物同系物間的毒性作用規(guī)律，為認識和評估這兩大類含氟污染物的環(huán)境風險提供了新的方法和基礎數(shù)據(jù)，為相關疾病的早期診斷、預防和