朱永官院士团队CREST：环境有机砷之谜

导 读

中国科学院城市环境研究所朱永官院士团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“环境有机砷之谜：理论及应用（The enigma of environmental organoarsenicals: Insights and implications; DOI: 10.1080/10643389.2021.1947678; Published online: 19 Jul 2021）”的重磅综述。

随着现代分析技术的发展，分析化学家们已鉴定出超过300种天然有机砷。然而为什么环境中存在如此多的有机砷恰是一个真正的谜。它们是有益的还是有害的？它们是生物特异合成的或者只是现有非砷化合物合成途径的副产物？关于它们在环境中的分布、归宿、代谢、毒理、生物及生态学功能等各个方面均存在着众多未解决的基本问题。本文系统综述了天然有机砷的结构、毒性及可能的功能，并基于结构与之前的研究推测了其可能的合成和降解途径。该综述为未来有机砷的研究提供了新的视角。

图1 图文摘要

主要内容

生物体通过必需营养元素的运输系统吸收了环境中的无机砷，例如水甘油通道、葡萄糖透性酶、己糖转运蛋白和肌醇透性酶等通道可用来吸收转运As(III)；As(V)通过几种不同的磷酸盐转运蛋白积累。进入机体的无机砷通常会被转化为有机砷（含砷有机物）。根据砷形态测定时所用提取试剂的不同可将有机砷分成两大类：水溶性有机砷和脂溶性有机砷（砷脂），前者溶于水溶液，后者不溶于水，但溶于极性较小的有机溶剂。水溶性有机砷包括：①简单甲基化砷，②砷糖，③砷甜菜碱，砷胆碱及其类似物，④砷糖及砷脂的降解产物等其它水溶性有机砷；砷脂包括：①含砷脂肪酸（AsFAs），②砷烃(AsHCs)，③单/双酰化砷糖磷脂，④叶绿基砷糖，⑤含砷脂肪酸脂等。

水溶性有机砷MAs(III)可作为抗生素，但在有氧条件下砷甲基化可以作为解毒过程，产生的毒性更高的三价甲基化砷在空气中被迅速氧化成毒性较低的五价甲基砷。砷甜菜碱是无毒的并赋予了细菌抵抗渗透压力和极端温度的能力。部分砷烃对人类肝脏和膀胱细胞的细胞毒性比As(III)更高并且可以穿过黑腹果蝇的血脑屏障和体外肠道屏障模型。脂类是一组化学性质多样的化合物，具有多种功能。中性脂是细胞中主要的能量储存形式；极性脂是生物膜的主要结构成分；神经酰胺及其衍生物参与细胞分裂、分化、迁移和细胞凋亡的调节。从绿藻中鉴定出98种含砷的脂类化合物，提出了这些砷脂是否具有与其脂质类似物相似功能的问题，因此砷在生物进化过程中的作用可能超乎想象。

总结与展望

近年已经鉴定出了越来越多新的有机砷，无疑仍有更多的有机砷有待鉴定。然而，除了它们的结构之外，人们对有机砷的生理和生态功能知之甚少。未来的研究将从以下几个方面展开：

1. MAs(III)通过与必需酶和氧化还原调节小蛋白质/分子中的硫醇基结合达到抗菌效果。草丁砷（Arsinothricin）抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生长。是否还有其它含砷化合物具有抗菌特性？
2. 现在已鉴定出260多种砷脂，其中绝大多数是含AsFAs的化合物。很可能是在生物合成过程中相关酶错误地将AsFAs掺入正常脂类产生了含有AsFAs的脂。未来研究应专注于砷脂的合成和降解，以及它们潜在的生物和生态学功能。
3. 考虑到肠道微生物群落在砷转化和人类疾病中的关键作用，未来研究应该特别关注有机砷吸收和降解对肠道微生态的影响，并评估肠道微生物群落产生的有机砷代谢物对人类健康的潜在毒性。
4. 由于有机砷（尤其是砷脂）多样性丰富、结构复杂、标准物质缺乏，其代谢/毒性研究进展缓慢。因此，需要开发一些简单高效的分离纯化技术来制备可用于代谢/毒理学的标准有机砷材料。

作者简介

第一作者：

薛喜枚，博士，中国科学院城市环境研究所副研究员。主要从事环境生物学和生态毒理学研究，特别是砷的生物转化机制及有机砷功能研究，以第一或通讯作者在Crit Rev Environ Sci Technol，Environ Sci Technol，Environ Pollut等期刊上发表论文10余篇。通讯作者：朱永官，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中国地理学会会士，中国土壤学会会士。环境土壤学家、环境生态学家。中国科学院“引进国外杰出人才“、国家杰出青年基金获得者、中国青年科技奖、国家”留学回国工作成就将“获得者，新世纪百千万人才计划国家级人才。现任中国科学院城市环境研究所和中国科学院生态环境研究中心研究员、博士生导师。主要研究成果获得国家自然科学二等奖等（第一完成人）和发展中国家科学院（TWAS）农业科学奖。在国际主流刊物Science、Nature、PNAS等刊物发表学术论文500余篇，2016年至今连续6年入选Clarivate全球高被引科学家。

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|供稿：朱永官院士团队
|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

环境科技评论CREST

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