CREST精选 | 马奇英团队：污染土壤中砷铅镉的人体生物可给性

导 读

马奇英教授团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“污染土壤中砷、铅、镉的人体生物可给性：测试与验证（Arsenic, lead, and cadmium bioaccessibility in contaminated soils: Measurements and validations, 2020, 50(13):1303–1338）”的特邀综述。

随着城市化和工业化进程的加快，工业等人为活动造成土壤重金属污染，对人体健康构成严重威胁。经口无意摄入污染土壤是人体特别是儿童砷、铅、镉暴露的重要来源。测定污染土壤中砷、铅、镉经口腔摄入后的人体生物有效性（bioavailability），是准确评价和控制人体重金属暴露的关键环节。然而目前测定铅砷人体生物有效性的动物活体实验（in vivo assay）费用高、耗时、不能满足大批量样品的实际测试需求。因此，建立简便、快捷、花费低的体外胃肠模拟液提取方法（in vitro assay）来测试生物可给性（bioaccessibility），成为准确评估土壤重金属人体健康风险的重要手段。本综述系统总结了污染土壤砷、铅、镉生物可给性和生物有效性的测试结果，介绍了当前常用的体外生物可给性测试方法，评估了不同体外方法测试结果间的差异，探讨了体外胃肠液成份和提取参数对生物可给性测试结果的影响机制，综合不同研究的测试结果建立了体外生物可给性与动物实验生物有效性间的相关关系，验证了体外生物可给性方法的适用性，指出了最佳测试方法。

图1 图文摘要

主要内容

为了克服活体实验的缺陷，过去二十年来基于体外方法的砷铅砷生物可给性研究在污染土壤中得到广泛的开展。常用的包括Rodriguez et al.（1999）提出的in vitro gastrointestinal（IVG）方法、德国Deutsches Institut für Normunge.V.提出的DIN方法（DIN, 2000）、Kelly et al.（2002）提出的solubility bioaccessibility research consortium（SBRC）方法、欧洲生物可给性研究小组（the BioAccessibility Research Group of Europe, BARGE）提出的Unified BARGE Method（UBM）方法（Wragg et al., 2011）等。不同体外方法由于胃肠模拟液配方和提取参数的不同，在测试同一批污染土壤时，往往给出差异巨大的生物可给性测试结果（图1）。通过比较不同方法间测试结果的差异，我们揭示了典型胃肠模拟液成份如甘氨酸、胃蛋白酶、粘蛋白、柠檬酸以及重要提取参数如胃液pH值、固液比等对砷、铅、镉生物可给性测试的影响机制。

图2 不同体外方法对污染土壤砷、铅、镉生物可给性的测试差异

由于不同方法的测试差异，评判哪种体外方法是最适合的方法，需要建立体外生物可给性与动物实验（如幼猪和小鼠）生物有效性测试结果间的相关关系。过去二十年以来，已经有不少研究评估了体外方法与动物实验之间的线性相关关系。然而，以往研究存在一些局限：（1）多采用较小的样本量（5-13个土壤）；（2）多针对某一个体外方法，缺乏对多种体外方法建立其与动物实验的相关关系；（3）不同研究确立的最佳体外方法往往不一致。为了克服单独研究的局限，我们总结了过去研究结果，基于大样本量，评估了多种体外方法与动物实验的相关性（图3）。结果发现，SBRC胃液提取是适合测试污染土壤中砷生物可给性的最佳方法，而UBM胃液提取是铅和镉测试的最佳方法。

图3 不同体外方法胃液提取测定的铅生物可给性（bioaccessibility）与动物实验测定的铅相对生物有效性（relative bioavailability）间的线性相关关系

总结与展望

当前多种体外方法已经被建立来测试污染土壤中砷、铅和镉的生物可给性，但不同方法的测试结果存在显著差异，需要评判其与动物实验的相关性来确立最适宜的方法。收集以往报道数据，我们基于大样本量，建立和评估了不同体外方法与动物实验间的相关性，确立测定砷、铅和镉生物可给性的优先方法。未来需深化胃肠液成份对生物可给性的影响机制研究，进一步优化体外方法，评估多种体外方法对更多土壤的测试结果，并利用相关关系模型外的独立样本进一步验证体外方法的适用性。

作者简介

第一作者

历红波，南京大学环境学院副教授，博士生导师, 国家优秀青年基金获得者。主要研究方向：环境多介质重金属暴露的人体生物有效性方法建立、暴露评估和源解析、生物有效性调控机制与措施。先后主持国家自然科学基金优秀青年基金项目、面上和青年项目。发表论文78篇，其中SCI论文74篇；第一/通讯作者SCI论文39篇，其中12篇发表在环境科学领域TOP期刊Environ. Sci. Technol.；担任Chemosphere编委。

通讯作者

马奇英，浙江大学环境与资源学院求是讲座教授，博士生导师。长期从事土壤等多环境介质中污染物生物地球化学过程与土壤污染修复治理、污染物在土壤-农产品中的迁移转化规律与人体生物有效性、典型污染物暴露诱发人体健康效应机制等方面的研究。发表SCI论文近400篇（其中国际顶级学术刊物Nature2篇，国际环境领域顶级刊物Environmental Science & Technology 40余篇），出版全英文学术专著（含编写章节）30余部；获得美国土壤污染修复技术专利5项。并受邀担任多个国际会议主席或副主席，先后在国际、国内学术会议作大会报告200余次。据Web of Science，总引次数2.1余万次，H指数为72，高被引科学家。现任Crit Rev Environ Sci Technol (IF=12.561) 主编、Chemosphere (IF=7.086) 副主编。

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|供稿：历红波

|编排：代子雯（CREST期刊推广员）

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