生物标志物在危险度评价中的 应用
Applications of Biomakers in the Risk Assessment
生物标志物概述
• 1987年美国国家科学院首先将生物标志物定义为 由生物体或样品可测出由外来化合物导致的细胞学或 生物化学组份或过程、以及结构或功能的变化。 • 最初只是将耐污的生物物种称为指示生物(Indicator species或Bioindicator)，随着污染生态学的野外研究和 实验室毒性试验研究，逐渐将生物指示物的应用范围 扩大至污染生态学的不同生物学组织层次，小至分子 水平，大至生态系统结构与功能，包括发生在分子、 生物化学、生理、病理组织、生物个体、种群、群落 和生态系统等不同生物学组织水平上的生物学效应， 从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。
• 对应在环境中易代谢、去除的污染物， 如有机磷化合物，生物标志物能同时指 示母体化合物和代谢产物的暴露和毒性 效应。
4.6 污染物联合作用的研究
• 能够表现混合污染物之间相互作用的累 积效应。
4.7 预测危害
• 将不同层次生物组织(从分子到种群、群 落)所采用的一系列测定和研究加以整合， 通过生物标志物的短期变化就有可能预 测污染物长期的生态效应。
2.1 暴露生物标志物
• 暴露生物标志物指示机体经化学品 的暴露，即污染物引起的物体的反应， 如指示对重金属暴露的金属硫蛋自(MTs)， 但此类标志物不能指示污染物的毒性效 应，有助于研究生物对化学分析方法很 难检测到的的环境中的不稳定化合物的 暴露。暴露生物标志物一般依靠测定体 液和组织中特定化学物质或者其代谢物， 或者与生物分子相互作用形成的产物。
• 与其他方法相比，生物标志物的最大区 别在于可以确定污染物与生物体之间已 发生的相互作用。 • 与其他方法相比，生物标志物的优势主 要有一下7大优势。
4.1 污染的时空分布
• 能够了解生物有效性的污染物质在时间 和空间上的累积效应，而不是像化学分 析难以摆脱抽验的属性。故不容易因异 常天气状况或工厂间歇排放带来监测结 果的显著变异。
4.4 解决毒理学的某些限制
• 毒性活体鉴定法虽然反映了特定污染物 的相对毒性，但很难将实验室数据外推 至野外的条件。许多影响因素，如化学 形态、吸附／吸收、污染物在食物链上 的富集以及毒性作用的亚致死效应等等， 无法在短期试验中测定。而应用生物标 志物可以部分地解决上述问题。
4.5 可提示易分解污染物的暴露和毒性
3.3 广泛性
• 从微观分子到宏观生态系统，生物标志 物在各个不同层次的生物组织上体现着 污染物和生物之间的因果关系。 • 一般来说生物体之间的共性在分子水平 上最大，所以许多分子生物标志物，可 广泛应用于实验室研究，也可用于现场 实际监测。而污染物的毒性活体鉴定则 有难度。
4 生物标志物的优势
3 生物标志物的特征
• 3.1 特异性 • 对特定有机污染物或重金属的暴露，有 特定生物标志物。因此这些标志物对污 染状况具备诊断作用。进一步了解相应 的分子反应，并与更高层次的生态危害 建立关联，生物标志物便可提供专一性 的预报功能。
3.2 预警作用
• 污染物与生物体之间所有的相互作用都 始于分子水平。生物标志物的产生是对 污染物暴露的早期反应，因此这类标志 物成了污染物暴露和毒性效应早期警报 的指示物。
4.2 可用于因果关系研究
• 可确定环境污染物与暴露和风险的对应关系。 通过生物反应的特异性，从机理上了解对生物 体的危害性影响，建立因果关系，这对于处理 环境事件时澄清法律责任是至关重要的。
4.3 可用于暴露途径研究
• 应用于不同生活环境或不同营养级的物 种，可以揭示污染物的不同暴露途径， 这将有益于确定监测方案的优先次序， 并为采取何种干预和补救措施提供科学 依据。
2.3 易感性生物标志物
• 易感性标志物是指当生物体暴露于某种特定的外源化合物时，由 于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能力的一类生 物标志物，可指示生物个体对污染物的敏感性。在污染物与生物 体相互作用过程中，机体因素是很重要的，性质与剂量相同的污 染物对不同的个体可能出现迥然不同的反应，这取决于受作用个 体的敏感性一。 • 一般地各个层次的生物组织，小到微观分子，大到生态系统，在 污染物的作用下，都有各自相对应的污染效应及相应的生物标志 物。如水藻的种类、数量、结构等可以指示水体污染程度。但生 物标志物的研究多集中于分子或细胞水平，种群、群落和生态系 统层次上的生物标志物正处于研究的初始阶段。
生物标志物在环境危险度评价 中的应用
1 选择生物标志物的原则
• 选择的生物标志物必须具有一定的特异 性、稳定性和足够的灵敏度，所选标志 物的水平与外接触水平要有剂量一反应 关系，在无害效应接触水平下仍能维持 这种关系并且分析的重复性及个体差异 都在可接受的范围内。此外取样时最好 对人体无损生，能为受试者所接受。
2．2反应或毒性效应生物标志物
• 效应标志物是指在一定的环境暴露作用下，生物 体产生相应的可测定的生理生化变化或其它病理方面 的改变，即指示污染物对生物体健康状况的损害效应。 如指示DNA损伤的DNA加合物，它可能是生物机体中某 一内源性成分或测定机体功能容量，产生疾病或障碍 的改变等。 • 确定化学物质的生物学效应的生物标志物很多， 从最简单的标志物如监测体重变化至复杂的标志物如 采用免疫化学技术测定特定同功酶。酶活性抑制持久， 因此，可作为重要的效应生物标志物。
• 各种生物标志物按其功能，一般可分为 三类 。 • 暴露生物标志物(Biomarkers of exposure) • 反应或毒性效应生物标志物(Biomarkers of responser or toxic effect) • 易感性生物标志(Biomarkers of su生物标志物是生物体受到严重损害之前， 在分子、细胞、个体或种群水平上因受 环境污染物影响而产生异常变化的信号 指标。一种标志物应能敏感有效地反映 出生物体发生严重损伤之前的生物变化， 并能准确评估生物体所处的污染状态及 其潜在危害，为环境污染提供早期警报。
2 生物标志物的分类