裘紅權(quán)，沈小鐵，劉璟，林道輝，黃益麗

（浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江省有機(jī)污染過(guò)程與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058）

脂質(zhì)與蛋白質(zhì)、核酸、糖類是組成所有生命體的4類基礎(chǔ)生物化學(xué)大分子。脂質(zhì)在生物功能上大多作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)參與細(xì)胞膜的組成，或作為能量物質(zhì)為機(jī)體提供能量。隨著分子生物學(xué)的發(fā)展，蛋白質(zhì)、核酸的研究得到了高度關(guān)注，而對(duì)脂類的研究則關(guān)注得相對(duì)較少。然而，脂質(zhì)在生命活動(dòng)過(guò)程中也是不可或缺的一部分，特別是作為細(xì)胞膜組分，脂質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)各物質(zhì)的空間區(qū)分和定位上以及在生物信號(hào)的跨膜傳遞等過(guò)程中至關(guān)重要，是目前生物化學(xué)的攻關(guān)難點(diǎn)之一[1]。

在環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注環(huán)境健康問(wèn)題，包括各類環(huán)境污染分子或理化脅迫因素對(duì)生命體的生理生化活動(dòng)的影響（生化效應(yīng)）。脂質(zhì)作為4 大基礎(chǔ)生物大分子之一也受到了極大的關(guān)注。與結(jié)構(gòu)和功能具有豐富多樣性的蛋白質(zhì)、核酸和糖類相比，脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能在物種間相對(duì)保守，因此，針對(duì)脂質(zhì)的檢測(cè)指標(biāo)較少，以脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)（lipid peroxidation,LPO）為主。本文綜述了脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)在環(huán)境污染物生化效應(yīng)中的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了影響脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的因素，并展望了未來(lái)脂質(zhì)在環(huán)境污染物生化效應(yīng)研究中的應(yīng)用和趨勢(shì)。

1 脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程及檢測(cè)

1.1 脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程

脂質(zhì)的過(guò)度氧化也稱脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，一般定義為多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid,PUFA）或脂質(zhì)的氧化變質(zhì)。多不飽和脂肪酸是脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的優(yōu)選底物，其結(jié)構(gòu)中的雙鍵是反應(yīng)的重要部位。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的化學(xué)本質(zhì)是氧化應(yīng)激引起的自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)[2]。以花生四烯酸為例，多不飽和脂肪酸過(guò)氧化反應(yīng)的總過(guò)程如圖1所示。

圖1 脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的總過(guò)程Fig.1 Whole process of lipid peroxidation(LPO)

多不飽和脂肪酸分子中烯丙基氫比較活潑，由于雙鍵減弱了與之連接的碳原子與該碳原子上氫原子之間的C—H 鍵，所以氫容易被抽去。能抽氫而引發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的因子很多，包括活性氧基團(tuán)（reactive oxygen species, ROS）和活性氮基團(tuán)（reactive nitrogen species,RNS）。例如，羥基自由基（·OH）可以從2 個(gè)雙鍵之間的—CH2—抽去1 個(gè)氫原子后，在該碳原子上留下1 個(gè)未成對(duì)電子，形成脂質(zhì)自由基（L·）。L·經(jīng)分子重排、雙鍵共軛化，形成較穩(wěn)定的共軛二烯衍生物。在有氧條件下，共軛二烯自由基與氧分子結(jié)合生成脂質(zhì)過(guò)氧自由基（LOO·）。LOO·能從附近另一個(gè)脂質(zhì)分子（LH）抽氫生成新的脂質(zhì)自由基（L·），從而形成循環(huán)反應(yīng)。這就是脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的鏈增長(zhǎng)階段。鏈增長(zhǎng)的結(jié)果是導(dǎo)致脂質(zhì)分子的不斷消耗和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)物如脂質(zhì)氫過(guò)氧化物（lipid hydroperoxide, LOOH）等的大量形成[2]。

LOOH 可通過(guò)類Fenton 反應(yīng)、光解或其他反應(yīng)生成脂氧自由基（LO·）：

脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程中生成的LO·、LOO·等活性氧自由基也參與鏈引發(fā)和鏈增長(zhǎng)反應(yīng)。LOO·還可以通過(guò)分子內(nèi)雙鍵加成，形成環(huán)過(guò)氧化物、環(huán)內(nèi)過(guò)氧化物及自由基，最后斷裂生成各種醛類，主要是丙二醛（malondialdehyde,MDA）、4-羥基-2-壬烯醛（4-hydroxy-2-nonenal, 4-HNE）、8-異前列腺素，以及短鏈的酮、羧酸和烴類等。因此，LOOH、MDA、4-HNE、8-異前列腺素等常常被用作脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的生物標(biāo)志物。

1.2 脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)檢測(cè)

在低pH和高溫條件下，MDA很容易與2-硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid,TBA）發(fā)生化學(xué)計(jì)量數(shù)之比為1∶2 的親核加成反應(yīng)，生成紅色熒光加合物MDA-TBA，可用分光光度法定量檢測(cè)。目前，TBA法是檢測(cè)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)最常用和經(jīng)典的方法。然而，生物樣品中的MDA 可能來(lái)源于其他生化反應(yīng)，脂質(zhì)過(guò)氧化物的形成和分解不是其唯一來(lái)源；TBA 也可能與其他TBA 活性物質(zhì)（thiobarbituric acid reactive substances,TBARS）發(fā)生反應(yīng)。因此，TBA法具有一定的局限性[3]。

生物膜是生命系統(tǒng)中最容易發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的場(chǎng)所，因?yàn)樗邆渲|(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的2 個(gè)必要條件：一是氧氣分子；二是多不飽和脂肪酸。氧氣為非極性物質(zhì)，在膜脂中濃度很高。很多多不飽和脂肪酸如花生四烯酸，是磷脂（膜脂的主要成分）的組成成分，而多不飽和脂肪酸比飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸更容易被氧化[2]。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)引發(fā)的自由基連鎖反應(yīng)加劇了氧化應(yīng)激，進(jìn)一步損害包括蛋白質(zhì)和核酸在內(nèi)的細(xì)胞實(shí)體，對(duì)細(xì)胞膜的損傷尤為嚴(yán)重。脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)通過(guò)增加膜內(nèi)部的介電常數(shù)與微黏度增加了質(zhì)膜的通透性[4]。另外，脂質(zhì)自由基與其他脂質(zhì)和生物大分子如蛋白質(zhì)相互作用引起交聯(lián)，膜蛋白被永久性締合，質(zhì)膜韌性增加，流動(dòng)性降低，從而導(dǎo)致污染物更易進(jìn)入細(xì)胞[5]?；诖嗽?，有些研究通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞膜通透性來(lái)評(píng)價(jià)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生和程度。

為了抵御高活性自由基產(chǎn)生的危害，生物已經(jīng)進(jìn)化出一套完整的抗氧化系統(tǒng)。機(jī)體內(nèi)已知有2種抗氧化系統(tǒng)，即非酶抗氧化系統(tǒng)和酶抗氧化系統(tǒng)。非酶抗氧化系統(tǒng)含L-抗壞血酸（維生素C）、生育酚（維生素E 的水解產(chǎn)物）、（還原型）谷胱甘肽（glutathione,GSH）、類胡蘿卜素，以及微量元素銅、鋅、硒等。酶抗氧化系統(tǒng)含過(guò)氧化物酶（peroxidase,POD）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD），以及谷胱甘肽體系和硫氧還蛋白體系等。POD中的過(guò)氧化氫酶（catalase,CAT）能催化過(guò)氧化氫分解，而SOD主要將超氧陰離子自由基（·）轉(zhuǎn)化為O2和H2O2[6]?？寡趸到y(tǒng)在很大程度上影響著脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的過(guò)程和進(jìn)度，因此，抗氧化系統(tǒng)的成分和酶活性也常常作為檢測(cè)指標(biāo)用來(lái)評(píng)價(jià)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生和機(jī)制。

2 脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)在環(huán)境污染物生化效應(yīng)中的研究現(xiàn)狀

以“l(fā)ipid peroxidation”為主題，利用“web of science”核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)及其檢索分析工具，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)了近25年來(lái)的相關(guān)研究論文數(shù)，結(jié)果如圖2 所示。從中可知，相關(guān)論文數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)，說(shuō)明脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用，是環(huán)境污染物生化效應(yīng)的重要指標(biāo)。

圖2 近年來(lái)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)相關(guān)論文的發(fā)表篇數(shù)Fig.2 Number of LPO-relevant papers published in recent years

本文以不同污染物或不同受試生物為甄別條件，挑選了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域主流期刊上100 多篇文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)和綜述。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，受試物種多達(dá)50 種，涵蓋4 大生物界，包括動(dòng)物25 種、植物19 種、真菌2種、原核生物4種。其中，原核生物以大腸埃希菌和光合細(xì)菌為主，植物主要包括雙子葉植物、單子葉植物和藻類，動(dòng)物主要包括軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物以及脊索動(dòng)物中的硬骨魚綱和哺乳綱。

脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)可以應(yīng)用于不同分類階層的物種，一方面說(shuō)明了生命的同一律，另一方面也說(shuō)明了脂質(zhì)在所有生命過(guò)程中的重要性。生命的基本結(jié)構(gòu)是細(xì)胞，脂質(zhì)作為細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)物質(zhì)在細(xì)胞形成以及進(jìn)化過(guò)程中起到了先鋒作用，在研究生命體對(duì)環(huán)境因素的生化效應(yīng)中也是不可或缺的一部分。

已有文獻(xiàn)中研究污染物或污染因素的種類非常豐富。根據(jù)污染物性質(zhì)可以分為金屬或類金屬（表1）、納米材料（表2）、有機(jī)污染化合物（表3）以及其他環(huán)境理化脅迫因素（表4）。其中，大多數(shù)污染物對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)有提升作用。

2.1 金屬或類金屬

已報(bào)道的能顯著促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的金屬有鋁、銅、鎘、鉛、釩、鋅和銀等，如表1所示。一些金屬或類金屬會(huì)破壞機(jī)體氧化平衡而導(dǎo)致氧化應(yīng)激。一般來(lái)說(shuō)，這些金屬特別是氧化還原活性金屬可產(chǎn)生ROS，并耗盡細(xì)胞的主要抗氧化劑（如谷胱甘肽等），從而引起抗氧化酶水平的變化，如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（glutathione peroxidase,GSH-Px）、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（glutathioneS-transferase,GST）、CAT和SOD 等。這些變化可能導(dǎo)致膜脂、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷。因此，由金屬引起的氧化應(yīng)激所造成的細(xì)胞損傷是金屬產(chǎn)生毒性的機(jī)制之一[7]。

表1 不同金屬或類金屬對(duì)不同受試物種的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的影響Table 1 Effects of different metals or metalloids on LPO indexes in different tested species

Fenton 反應(yīng)和Haber-Weiss 反應(yīng)是金屬誘導(dǎo)ROS 產(chǎn)生的重要機(jī)制，而鐵和銅是其重要的誘發(fā)劑。Fe2＋、Cu＋可通過(guò)Fenton 反應(yīng)和Haber-Weiss 反應(yīng)積極介導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生。細(xì)胞鐵死亡是一種鐵依賴性細(xì)胞程序性死亡，其啟動(dòng)主要依賴于細(xì)胞內(nèi)鐵超載及由此產(chǎn)生的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的信號(hào)[8]。

與鐵和銅相比，鋅雖被證明能誘導(dǎo)貽貝發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，但其誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生的能力不強(qiáng)[9]。有實(shí)驗(yàn)表明，鋅單獨(dú)作用不會(huì)改變MDA 含量[10]；但也有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞質(zhì)鋅的增加使MDA含量減少[11]。

鋁脅迫可顯著誘導(dǎo)2種藍(lán)藻——寬松魚腥藻和灰色念珠藻的細(xì)胞氧化損傷。該損傷主要通過(guò)細(xì)胞產(chǎn)生活性氧中間體（如·、H2O2、·OH）來(lái)介導(dǎo)，其在生物系統(tǒng)中的促氧化活性或源于鋁超氧化物半還原態(tài)自由基（·）的形成[12]。鋁還可誘導(dǎo)類囊體膜中電子傳遞速率的降低而導(dǎo)致ROS產(chǎn)生的增加[13]。

有些金屬可以清除自由基。有實(shí)驗(yàn)表明，稀土元素能通過(guò)直接清除自由基或與抗氧化劑相互作用間接消除自由基來(lái)減輕植物的氧化損傷。如稀土元素釔可通過(guò)降低Habere-Weiss 和Fenton 反應(yīng)中的·和H2O2水平來(lái)減少·OH的產(chǎn)生，進(jìn)而抑制鎳（150、200 μmol/L）脅迫下菹草自由基的合成和膜斷裂，從而緩解了菹草的氧化損傷[14]。

2.2 納米材料

隨著納米材料在工業(yè)、農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用和推廣，越來(lái)越多的納米材料被釋放到環(huán)境中，其環(huán)境健康效應(yīng)也引起了廣泛關(guān)注。

研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是金屬基納米材料還是碳基納米材料，多數(shù)納米粒子能誘導(dǎo)ROS自由基的產(chǎn)生并造成生物體氧化損傷（表2）。如納米氧化銅對(duì)四膜蟲的毒性體現(xiàn)在誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，改變細(xì)胞膜脂肪酸組成以及細(xì)胞膜透性上[18]。銀納米顆?？赡芄鬾-3多不飽和脂肪酸中的二十二碳六烯酸和二十碳五烯酸的雙鍵，引發(fā)如圖1 所示的經(jīng)典的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)物自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而產(chǎn)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[5]。納米材料的高表面體積比會(huì)加劇氧化，如三氧化二釩納米顆粒誘導(dǎo)的過(guò)氧化物效應(yīng)比類似的塊狀材料更強(qiáng)，其高活性就歸因于高表面體積比，其比表面可高達(dá)600 m2/g，難溶性的三氧化二釩能快速轉(zhuǎn)化為可溶性的五氧化二釩，從而更多地接觸細(xì)胞[22]。

表2 不同納米材料對(duì)不同受試物種的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of different nanophase materials on LPO indexes in different tested species

一些納米粒子對(duì)試驗(yàn)生物的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)無(wú)顯著影響。如氧化鋁納米顆粒（98 μmol/L 或10 mg/L）對(duì)擬南芥的光合作用、生長(zhǎng)和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)沒(méi)有影響，反而會(huì)通過(guò)刺激根系發(fā)育相關(guān)基因和營(yíng)養(yǎng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄來(lái)促進(jìn)根系生長(zhǎng)[16]。也有納米粒子通過(guò)清除自由基或提高抗氧化系統(tǒng)活性來(lái)抑制脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。雖然大量研究表明，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的工程納米粒子可誘導(dǎo)ROS的增加，然而在納米零價(jià)鐵（100～1 000 mg/kg）處理下，水稻根中活性氧含量的變化提示納米零價(jià)鐵可能具有清除自由基的能力[25]。

在很多情況下，納米材料的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)效應(yīng)仍有待商榷。納米顆粒濃度不同，其引起的脂質(zhì)過(guò)氧化效應(yīng)可能完全相反。硒是人體必需的微量元素。研究表明，硒可保護(hù)魚類免受氧化應(yīng)激和脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的作用，適量的納米硒可誘導(dǎo)抗氧化酶活性，從而減輕鹽脅迫造成的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[26]；但超營(yíng)養(yǎng)劑量硒（3.5～63.4 μg/g）會(huì)呈劑量依賴性地增加斑馬魚大腦的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[27]。在對(duì)大麥實(shí)驗(yàn)中，納米二氧化硅單獨(dú)使用（3 mg/kg）對(duì)大麥根或葉的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)沒(méi)有顯著影響，而與對(duì)乙酰氨基酚合用后（3 mg/kg 納米二氧化硅＋400 mg/kg對(duì)乙酰氨基酚），與單獨(dú)用對(duì)乙酰氨基酚相比，合用對(duì)大麥根脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)起抑制作用（對(duì)葉無(wú)顯著影響），這可能與納米二氧化硅刺激巰基化合物和抗壞血酸過(guò)氧化物酶活性有關(guān)[28]。

2.3 有機(jī)污染物或化合物

有機(jī)污染物對(duì)環(huán)境和人類健康的有害影響已成為全球關(guān)注的問(wèn)題。環(huán)境有機(jī)污染物的種類非常多，在本綜述中，主要包含藥物及個(gè)人護(hù)理品如抗生素、抑菌劑、常用精神性疾病藥、鎮(zhèn)痛藥，農(nóng)藥化肥如草甘膦、氯氰菊酯、乙烯叉二脲，以及多環(huán)芳烴、增塑劑、溴代阻燃劑、苯系物、微囊藻毒素、土壤改良劑等（表3）。

大部分有機(jī)污染物能引起生物顯著的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)效應(yīng)。多環(huán)芳烴能在人體內(nèi)引起顯著的氧化脅迫，攻擊脂質(zhì)和核酸，造成生物分子的氧化損傷并進(jìn)一步引起癌癥、心血管疾病等[30]。如加納庫(kù)馬西人群的尿液中MDA 和單羥基多環(huán)芳烴（monohydroxylated polycyclic aromatic hydrocarbons,OH-PAHs）濃度之間呈顯著正相關(guān)，提示脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的發(fā)生與多環(huán)芳烴的暴露有關(guān)[31]。水環(huán)境中的苯并芘在低濃度條件下能促進(jìn)養(yǎng)殖水產(chǎn)動(dòng)物（虹鱒、梭子蟹）的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[32]。菲暴露可顯著降低SD大鼠CAT活性，同時(shí)增加MDA濃度[33]。塑料中常含雙酚類增塑劑，動(dòng)物體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)表明，雙酚A可通過(guò)產(chǎn)生ROS/RNS、降低抗氧化酶活性來(lái)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激/硝化應(yīng)激，導(dǎo)致肝組織氧化損傷如脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，如雙酚A 暴露可顯著降低小鼠肝SOD、CAT 和GSH-Px 等抗氧化酶的活性，也降低GSH 的水平以及氧化損傷相關(guān)基因的相對(duì)表達(dá)[34]。一些苯系物在低濃度條件下也能顯著誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)效應(yīng)（表3）。

在處理廢水或固體廢物時(shí)，其中的藥物與個(gè)人護(hù)理品的化學(xué)成分具有潛在的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[35]。雙氯芬酸屬于非甾體類抗炎藥，在一定程度上對(duì)大斑南乳魚的鰓、腎的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)起抑制作用，但對(duì)其肝臟的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)有明顯促進(jìn)作用，且雙氯芬酸在環(huán)境中會(huì)與其他污染物形成復(fù)合污染效應(yīng)[20]。許多抗生素類藥物如土霉素、金霉素、環(huán)丙沙星、磺胺甲噁唑等，以及鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛類常用藥物成分排放到環(huán)境中，對(duì)其中廣泛存在的低等動(dòng)物、藻類以及一些經(jīng)濟(jì)作物如黃瓜、大麥產(chǎn)生一定的毒性，誘發(fā)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，并進(jìn)一步引起生態(tài)效應(yīng)（表3）。

表3 不同有機(jī)污染物對(duì)不同受試物種的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different organic pollutants on LPO indexes in different tested species

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中使用的農(nóng)藥、化肥及土壤改良劑的環(huán)境健康效應(yīng)也受到了廣泛關(guān)注（表3）。研究發(fā)現(xiàn)，除草劑草甘膦在土壤中能顯著誘導(dǎo)番茄植株產(chǎn)生氧化應(yīng)激效應(yīng)，產(chǎn)生過(guò)氧自由基，并干擾抗氧化酶系統(tǒng)，但是脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)MDA含量只在根際上升[46]。水體中，草甘膦能誘導(dǎo)鯉魚體內(nèi)產(chǎn)生氧化壓力，顯著增加其鰓部MDA含量，引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。殺蟲劑β-氯氰菊酯對(duì)斑馬魚存在對(duì)映異構(gòu)體選擇性毒性，低濃度條件下可顯著增加其肝臟MDA含量，引起腦脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[41]。

2.4 其他環(huán)境理化脅迫因素

人類的一系列工業(yè)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及對(duì)大自然的改造活動(dòng)，正悄然而顯著地影響著全球范圍內(nèi)的環(huán)境狀況。二氧化碳等溫室氣體過(guò)度排放引起的全球氣候變暖、海水酸化，大氣污染物日趨復(fù)雜，臭氧濃度上升，白色污染塑料制品形成的微塑料，核電技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境輻射等問(wèn)題，都是地球生物面臨的新的環(huán)境脅迫因素。

大氣中二氧化碳水平的增加使水中的二氧化碳-碳酸鹽平衡向酸性方向移動(dòng)。研究表明，模擬全球變暖和海洋酸化的實(shí)驗(yàn)條件，能誘導(dǎo)2種模式生物厚游仆蟲和特氏杜氏藻的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)顯著增加[47]。在全球變暖情況下，溫度上升和污染物會(huì)對(duì)生物體造成復(fù)雜的協(xié)同影響效應(yīng)。翠綠絲?卵期熱浪處理與生命后期農(nóng)藥暴露引起的氧化應(yīng)激之間存在顯著相互作用，在生命早期所經(jīng)歷的熱浪脅迫影響了其在以后的生命階段對(duì)脅迫的反應(yīng)，總體上，卵期和幼體期的熱處理都導(dǎo)致其MDA水平升高[48]。

臭氧可以通過(guò)氣孔進(jìn)入植物組織并誘導(dǎo)產(chǎn)生ROS，如超氧陰離子自由基和過(guò)氧化氫，活性氧的攻擊會(huì)導(dǎo)致膜變性以及脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)終產(chǎn)物MDA的積累[49]。細(xì)顆粒物（particulate matter 2.5,PM2.5）內(nèi)化到內(nèi)皮細(xì)胞中會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)的鐵和氧化還原平衡，并隨著炎性細(xì)胞因子的分泌而導(dǎo)致細(xì)胞鐵死亡。PM2.5引起的鐵死亡可以通過(guò)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)抑制劑（Fer-1）和鐵螯合劑（DFOM）在藥理學(xué)上進(jìn)行挽救[8]。土地鹽堿化是全球普遍存在的環(huán)境問(wèn)題，鹽脅迫對(duì)植物等危害較大。如氯化鈉脅迫引起草莓植株嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，表現(xiàn)為MDA 和H2O2水平的升高[26]。

微塑料的概念一經(jīng)提出就引起了環(huán)境科學(xué)家們的強(qiáng)烈關(guān)注。微塑料的毒性與其粒徑大小、劑量及與外源性化學(xué)物質(zhì)的相互作用有關(guān)[50]。有實(shí)驗(yàn)表明，聚苯乙烯塑料（100～400 μmol/L）對(duì)虹鱒無(wú)顯著的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[51]；也有實(shí)驗(yàn)表明，聚苯乙烯微塑料（5 μmol/L）呈濃度依賴性誘導(dǎo)中華絨螯蟹發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[52]。有實(shí)驗(yàn)以大西洋的歐洲鱸魚、竹筴魚、白鯖為研究對(duì)象，在其中發(fā)現(xiàn)了微塑料，并證明了其脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)毒性[53]。

環(huán)境中各類輻射引發(fā)的環(huán)境健康問(wèn)題也是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。核電技術(shù)的發(fā)展也帶來(lái)環(huán)境輻射的風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，電離輻射如伽馬射線輻射能引起大型溞的氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)產(chǎn)生氧自由基，促進(jìn)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)等[54]。紫外線輻射能與TiO2協(xié)同促進(jìn)微藻的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，增加膜通透性并導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)含物泄露[55]。超聲輻射也可以使銅綠微囊藻產(chǎn)生自由基，通過(guò)抑制光合作用、誘導(dǎo)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)來(lái)破壞細(xì)胞[56]。

不同環(huán)境理化脅迫因素對(duì)不同受試物種脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的影響如表4所示。

表4 不同環(huán)境理化脅迫因素對(duì)不同受試物種的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的影響Table 4 Effects of environmental physical and chemical stress factors on LPO indexes in different tested species

3 影響脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的因素

脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)作為一種反映機(jī)體氧化應(yīng)激狀態(tài)的指標(biāo)，它的指示作用比較顯著可靠，檢測(cè)簡(jiǎn)單可行，已被廣泛地應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)的污染物生化效應(yīng)研究中。然而，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)針對(duì)不同物種和應(yīng)激源具有短暫性和可變性，其生物標(biāo)志物檢測(cè)的特異性也偶有爭(zhēng)議。實(shí)驗(yàn)中許多因素，如機(jī)體差異、污染物的暴露時(shí)間和濃度、機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的平衡作用，以及一些容易被忽略的復(fù)雜或復(fù)合因素，都會(huì)對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)結(jié)果產(chǎn)生影響[41]，如圖3所示。

圖3 環(huán)境污染物或污染因素引起脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的機(jī)制及其影響因素示意圖Fig.3 Schematic illustration of the mechanism and influencing factors of LPO caused by environmental pollutants or contamination factors

3.1 機(jī)體差異

性別差異、年齡差異及生物體的不同組織或器官差異，都會(huì)使機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)存在差異。有研究發(fā)現(xiàn)，在加納的庫(kù)馬西人群中，重金屬和多環(huán)芳烴的暴露都會(huì)影響機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)，但是不同年齡和性別的人群對(duì)污染物反應(yīng)有差異。如萘暴露導(dǎo)致的持續(xù)性頭痛和呼吸困難的發(fā)生概率在性別上，女性顯著高于男性，在年齡上，21～60歲年齡組MDA含量指標(biāo)最高[31]；而與重金屬暴露相關(guān)的MDA 水平在61～85 和3～20 歲年齡組中最高[58]。

對(duì)于水生生物，常選擇鰓組織來(lái)檢測(cè)生物標(biāo)志物，因?yàn)樗c周圍水環(huán)境直接接觸，是攝取污染物的第一線，且受其他酶活性和生殖周期的影響較小[9]。在金屬誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激研究中，生物體消化腺中的MDA含量與鰓組織相比呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)：消化道中較高濃度的金屬硫蛋白（metallothionein, MT）可能抑制了MDA 的形成；消化腺細(xì)胞質(zhì)鋅的增加也會(huì)減少M(fèi)DA 含量?？傮w而言，鰓可能比消化腺對(duì)金屬誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激更敏感[11]。肝臟是外來(lái)污染物的主要解毒場(chǎng)所，一般情況下，活性氧對(duì)生物膜脂質(zhì)的氧化損傷在肝臟中的發(fā)生率特別高，但也正因肝臟是解毒的主要場(chǎng)所，其抗氧化能力也更突出[59]。如暴露于砷（Ⅲ/Ⅳ）的鯉魚鰓MDA 含量升高，而其肝臟MDA含量卻顯著降低[24]。

對(duì)于植物，根和芽組織中發(fā)生的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)往往差異顯著。如草甘膦暴露下番茄植株根和芽的MDA水平差異顯著：在根中，高濃度草甘膦造成MDA水平與對(duì)照組相比增加53%；在芽中，MDA含量呈劑量依賴性降低，芽中的巰基化合物或在解毒中起著重要作用[46]。暴露于銅離子的黑麥草也有類似的情況，其根和芽中的MDA 含量有較大的差異[17]。

3.2 污染物暴露濃度和時(shí)間的影響

與大多數(shù)生理生化反應(yīng)類似，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)對(duì)污染物的響應(yīng)受污染物濃度和暴露時(shí)間影響。污染物濃度較低時(shí)，短暫的促氧化反應(yīng)往往伴隨強(qiáng)烈的抗氧化反應(yīng)；當(dāng)污染物濃度突破“閾值”時(shí)，生物標(biāo)志物測(cè)量值將大幅增加，但也可能因?yàn)榧?xì)胞被極端損壞而降低[19]。因此，污染物濃度對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)的影響可能只在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系。如多環(huán)芳烴中的苯并（a）芘和苯并（k）熒蒽在0.5～50.0 μg/L 質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，對(duì)高櫛孔扇貝的MDA 含量指標(biāo)呈劑量和時(shí)間依賴性提升作用；在低于1.0 μg/L 時(shí)可提高血淋巴的SOD 活性，而在高于10.0 μg/L時(shí)短時(shí)間內(nèi)抑制其活性，具有強(qiáng)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)毒性[60]。

脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)水平與污染物暴露時(shí)間也并非總是呈線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)中往往得到MDA 水平先升后降、先降后升、低位徘徊或波動(dòng)變化的結(jié)果。如暴露于鋅或鎘的線蚓在第4 天時(shí)體內(nèi)活性氧積累，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)水平增加，但在第8天時(shí)沒(méi)有觀察到脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)水平進(jìn)一步增加[19]。暴露于10.0 μg/L鉑離子的斑馬貽貝MDA 檢測(cè)值在第1 天時(shí)大幅增加，在第4天時(shí)增加值下降；當(dāng)鉑離子質(zhì)量濃度為0.1、1.0 μg/L 時(shí)，在第1 天斑馬貽貝MDA 檢測(cè)值下降，但在第4 天其檢測(cè)值與對(duì)照組相比顯著增加[23]。

總之，暴露時(shí)間和濃度直接影響脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)，涉及機(jī)體抗氧化機(jī)制與過(guò)程，因此，對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的測(cè)定不能局限于一個(gè)時(shí)段，或小范圍濃度，需要擴(kuò)大濃度范圍，并進(jìn)行全程評(píng)估。隨著研究數(shù)據(jù)的積累，人們對(duì)各類污染物生化效應(yīng)的認(rèn)識(shí)將逐漸清晰。

3.3 細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的平衡作用

在細(xì)胞內(nèi)，氧化與抗氧化是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的生命過(guò)程。對(duì)氧化應(yīng)激機(jī)制的闡述往往同時(shí)借助氧化機(jī)制和抗氧化機(jī)制。當(dāng)平衡體系失衡并偏向于氧化時(shí)，氧化應(yīng)激被建立。當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)，生物體可能成功通過(guò)抗氧化系統(tǒng)消除應(yīng)激因子并從氧化狀態(tài)中恢復(fù)，也可能發(fā)生極端氧化損傷而導(dǎo)致其細(xì)胞破裂，這都會(huì)導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)水平測(cè)量值降低。在大部分研究中，探討污染物氧化應(yīng)激效應(yīng)除了測(cè)量脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的MDA 和LOOH 等指標(biāo)，往往也同時(shí)測(cè)量細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)的各種成分或酶的活性，如SOD、GSH、GST、CAT 等酶的活性或氧化產(chǎn)物[19]。

一些環(huán)境污染物或環(huán)境因素通過(guò)增強(qiáng)抗氧化作用而有效降低脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)含量。如吡唑甲酰胺能通過(guò)抗氧化作用減輕硝酸鉛對(duì)非洲鯰魚引起的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[21]。前文提到的生物體不同部位、不同年齡存在脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)差異，根本原因也是抗氧化防御能力有差異。

一些污染物通過(guò)抑制抗氧化系統(tǒng)酶活性來(lái)增強(qiáng)氧化效應(yīng)。如甲硫威會(huì)導(dǎo)致羅馬蝸?？寡趸溉鏢OD、CAT 和GSH-Px 的活性顯著降低，這些酶是抵御自由基的第一道防線，其活性的降低必將引起高活性自由基不能被及時(shí)清除，從而導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)增強(qiáng)[61]。

3.4 其他復(fù)雜因素的影響

在實(shí)驗(yàn)中，我們往往探究某一種特定污染物或因素對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的影響，但生物體所處的真實(shí)生境往往是復(fù)雜的，有多種污染物并存，同時(shí)受到一些不可控的環(huán)境、物理、化學(xué)因素影響。這些不同的污染因素、環(huán)境因素相互影響，相互作用，在誘導(dǎo)生物體的氧化應(yīng)激效應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)，進(jìn)一步影響脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)。

污染物復(fù)合效應(yīng)往往具有不可預(yù)測(cè)性，即使是簡(jiǎn)單的二元應(yīng)激源組合，其產(chǎn)生的復(fù)合效應(yīng)和影響也具有高度復(fù)雜性。如：?jiǎn)为?dú)鎘暴露能顯著降低大斑南乳魚腎的CAT 活性，抑制抗氧化防御系統(tǒng)，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)升高；單獨(dú)抗氧化劑雙氯芬酸的暴露導(dǎo)致大斑南乳魚腎臟脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)降低；當(dāng)兩者同時(shí)發(fā)生在特定濃度的城市水域時(shí)，會(huì)互相抵消產(chǎn)生的生物效應(yīng)，該作用與機(jī)體部位有關(guān)[20]。雙酚A 單獨(dú)暴露對(duì)斑馬魚胚胎產(chǎn)生較強(qiáng)的氧化損傷效應(yīng)，MDA 水平上升，而氧化石墨烯和雙酚A 具有拮抗效應(yīng)，能緩解由此產(chǎn)生的氧化損傷毒性[62]。多壁碳納米管或全氟辛烷磺酸單獨(dú)暴露均會(huì)顯著增加斑馬魚的MDA 水平，但多壁碳納米管的存在能降低全氟辛烷磺酸對(duì)早期生命階段斑馬魚的發(fā)育毒性[6]。某些化學(xué)復(fù)合因素能緩解脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。如鹽脅迫產(chǎn)生的交叉保護(hù)效應(yīng)能顯著增強(qiáng)庫(kù)德里阿茲威氏畢赤酵母的鎘耐受性，鹽脅迫使酵母細(xì)胞GSH 含量和GST 活性增加，其解毒作用增強(qiáng)，從而緩解脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)[63]。某些化學(xué)復(fù)合因素可加劇脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)。對(duì)黑麥草的研究表明，檸檬酸與銅的組合放大了脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)效應(yīng)，這可能與檸檬酸螯合能力較弱有關(guān)[17]。

還有一些復(fù)雜環(huán)境因素往往容易被忽視。如一項(xiàng)水污染研究中，在夏季，作為對(duì)照流域的魚中存在額外高的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)值，氧化應(yīng)激可能受到溫度及代謝率上升等方面的影響，而在不同的取樣點(diǎn)，夏、冬2季魚類的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)或清晰的模式[59]。因此，各種潛在的化學(xué)、物理復(fù)合因素仍需被研究，在真實(shí)環(huán)境中對(duì)脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)的評(píng)估需要適當(dāng)從一元轉(zhuǎn)向多元，綜合考慮拮抗、協(xié)同等相關(guān)作用。

4 脂質(zhì)在環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用展望

脂質(zhì)作為4 大基礎(chǔ)生物大分子之一，參與許多生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)中也起著舉足輕重的作用。從上文闡述的脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)指標(biāo)在多種生物物種、多種環(huán)境污染物生化效應(yīng)中的應(yīng)用也說(shuō)明了脂質(zhì)的重要性。

在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，脂質(zhì)被認(rèn)為只是作為結(jié)構(gòu)物質(zhì)參與生物膜的組建，以及作為能量物質(zhì)在代謝中為機(jī)體儲(chǔ)存或提供能量。但是隨著生物化學(xué)研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)除了以上2 種生物學(xué)功能外，還展示了更精細(xì)的生理功能，如作為信號(hào)物質(zhì)基礎(chǔ)對(duì)細(xì)胞信號(hào)的傳遞產(chǎn)生重要影響[1]。以往生物信號(hào)的跨膜傳遞往往歸功于細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)分子，然而最近的研究表明，細(xì)胞膜中的膜脂成分、磷脂的飽和度可能通過(guò)調(diào)節(jié)膜蛋白與信號(hào)分子的相互作用活性，或者通過(guò)與信號(hào)分子直接結(jié)合，間接或直接參與細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)[1]。因此，除了生物膜通透性的指標(biāo)，我們期待未來(lái)能有更多與生物膜功能有關(guān)的檢測(cè)指標(biāo)應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)研究中。

隨著組學(xué)技術(shù)的發(fā)展和普及，現(xiàn)代組學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛而深入地應(yīng)用到環(huán)境科學(xué)研究中[64]。基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以揭示各物種細(xì)胞中參與脂類代謝的相關(guān)基因和基因的表達(dá)差異，蛋白質(zhì)組學(xué)可以發(fā)現(xiàn)與脂類代謝相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)的功能，代謝組學(xué)可以表征脂質(zhì)代謝過(guò)程中一系列中間產(chǎn)物的差異，各種組學(xué)手段的結(jié)合可以豐富我們對(duì)脂質(zhì)生物功能的認(rèn)識(shí)，并為尋找與脂質(zhì)代謝相關(guān)的酶或基因作為生物標(biāo)志物提供基礎(chǔ)信息。CHEN等成功以脂質(zhì)為研究對(duì)象，以脂肪酸組成、細(xì)胞膜組分和功能、脂肪酸合成關(guān)鍵酶活性以及脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)等為檢測(cè)指標(biāo)，探討手性污染化合物對(duì)植物的生化效應(yīng)的影響，為脂質(zhì)在環(huán)境科學(xué)研究中的應(yīng)用提供了很好的案例[65]。

總之，脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)是以脂質(zhì)為對(duì)象探討環(huán)境污染物生化效應(yīng)的經(jīng)典方法，在環(huán)境科學(xué)中將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。然而僅停留在終端產(chǎn)物的檢測(cè)不足以充分認(rèn)知脂質(zhì)對(duì)污染物的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)脂質(zhì)在環(huán)境科學(xué)研究中的重要性的認(rèn)識(shí)還應(yīng)該通過(guò)更多的檢測(cè)指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。未來(lái)可以結(jié)合細(xì)胞膜的功能研究，或是利用現(xiàn)代組學(xué)的手段，深入開展脂質(zhì)在環(huán)境科學(xué)中的研究與應(yīng)用。