環(huán)境中丙烯酰胺檢測(cè)方法和健康危害的研究進(jìn)展

徐文靜，付強(qiáng)，譚麗菊,*，張凱奇

1. 中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，青島 266100 2. 鹽城工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，鹽城 224051 3. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局，鹽城 224002

丙烯酰胺(acrylamide, AM)，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)[1-2]，具有“百業(yè)助劑”之稱[3]。生產(chǎn)泄漏的丙烯酰胺會(huì)通過(guò)廢水、廢渣和降雨等途徑進(jìn)入土壤和水環(huán)境[4]。人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫幕瘖y品[5]、紡織品、塑料[6]和香煙[7]等，也含有一定量的丙烯酰胺并會(huì)隨著垃圾一起被棄置于環(huán)境中。人們接觸丙烯酰胺的重要途徑還包括食品攝取[8]。由于丙烯酰胺易溶于水，在堿中易分解，在加熱條件下會(huì)放出腐蝕性氣體和氮的氧化物[9]，因此會(huì)產(chǎn)生一定的毒性。丙烯酰胺具有急性、亞急性和慢性毒性，有致突變性、生殖毒性及致癌性[10]。在《歐盟物質(zhì)和混合物分類(lèi)、標(biāo)簽和包裝法規(guī)(CLP)指南》中規(guī)定，丙烯酰胺的最大限量為1 000 mg·L-1，屬于第2批加入清單的高關(guān)注物質(zhì)[11]。1993年，世界衛(wèi)生組織(WHO)就將之評(píng)估為有致癌風(fēng)險(xiǎn)的物質(zhì)[12]。1994年，丙烯酰胺被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)定為2A類(lèi)致癌物，即人類(lèi)可能致癌物[13]。隨著食品安全事件不斷發(fā)生，近年來(lái)各國(guó)政府和國(guó)際組織對(duì)丙烯酰胺十分重視，出臺(tái)了多項(xiàng)關(guān)于丙烯酰胺的法律法規(guī)：WHO規(guī)定水中丙烯酰胺不能超過(guò)1.0 μg·L-1[14]，中國(guó)規(guī)定飲用水及地表水源地中其標(biāo)準(zhǔn)限值為0.5 μg·L-1；美國(guó)職業(yè)安全與衛(wèi)生法(OSHA)規(guī)定職業(yè)接觸空氣中丙烯酰胺的閾值為0.3 mg·m-3[15]；各國(guó)衛(wèi)生部門(mén)規(guī)定聚丙烯酰胺工業(yè)產(chǎn)品中丙烯酰胺殘留量限值在0.05%～0.5%[4]。這些法規(guī)的出臺(tái)和實(shí)施，為減少丙烯酰胺的環(huán)境危害提供了法律依據(jù)和保障。與之相適應(yīng)，關(guān)于丙烯酰胺分析方法和毒性效應(yīng)的研究成果不斷涌現(xiàn)。本文對(duì)環(huán)境中丙烯酰胺的檢測(cè)方法和健康危害研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對(duì)以后的研究方向進(jìn)行了展望，旨在為環(huán)境中丙烯酰胺的毒性評(píng)估和污染防治提供生態(tài)毒理學(xué)依據(jù)，為進(jìn)一步研究丙烯酰胺提供基礎(chǔ)和思路。

1 檢測(cè)方法(Detection method)

丙烯酰胺分子量小、極性強(qiáng)，沒(méi)有共軛雙鍵、三鍵和苯環(huán)等發(fā)色基團(tuán)[16]，加上環(huán)境中丙烯酰胺濃度較低且易受到其他物質(zhì)的干擾，因此不能使用常規(guī)的分析方法，這給檢測(cè)造成一定的困難。經(jīng)過(guò)多年的努力和探索，目前已經(jīng)形成一些行之有效的檢測(cè)食品和淡水環(huán)境中丙烯酰胺的方法，可以總結(jié)為以下幾種。

圖1 丙烯酰胺的分子結(jié)構(gòu)Fig. 1 Molecular structure of acrylamide

1.1 氣相色譜法

氣相色譜(GC)系列方法，包括氣相色譜-質(zhì)譜法(GC-MS)和氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(GC-MS/MS)，是測(cè)定丙烯酰胺常用的方法之一。由于丙烯酰胺遇熱不穩(wěn)定，不能直接進(jìn)入色譜柱，所以一般需要進(jìn)行前處理，進(jìn)行柱前衍生或富集濃縮[17-18]。對(duì)于食品等復(fù)雜體系，則需要進(jìn)行萃取、脫脂和去蛋白等操作。張丹等[19]建立了柱前溴化衍生-EI源串聯(lián)四極桿氣質(zhì)聯(lián)用法(GC-EI-MS/MS)測(cè)定地表水中的丙烯酰胺，該法雖前處理復(fù)雜，但定性準(zhǔn)確，靈敏度高，穩(wěn)定性好，檢出限為0.03 μg·L-1。除與質(zhì)譜技術(shù)相結(jié)合，Sobhi等[20]還成功開(kāi)發(fā)出一種改良的中空纖維液相微萃取(HF-LPME)方法，并結(jié)合氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)技術(shù)(GC-ECD)對(duì)廢水中丙烯酰胺進(jìn)行了定量分析，該法無(wú)需進(jìn)行預(yù)處理，操作簡(jiǎn)便快速，成本低，同時(shí)具有較高的精度和準(zhǔn)確性，適合廢水中痕量丙烯酰胺的檢測(cè)。Zokaei等[21]建立了一種超聲輔助萃取與分散液液微萃取結(jié)合的GC-MS方法，用于測(cè)定薯片中的丙烯酰胺，檢測(cè)限可低至0.6 ng·g-1。

1.2 液相色譜法

高效液相色譜(HPLC)系列方法，包括高效液相色譜-紫外檢測(cè)法(HPLC-UV)、超高效液相色譜-紫外檢測(cè)法(UPLC-UV)[22]、高效液相色譜-質(zhì)譜法(HPLC-MS)、高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(HPLC-MS/MS)[23-25]和超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法(UPLC-MS/MS)法，這些方法無(wú)需衍生化，檢出限可低至2.4 ng·L-1[23]，回收率可達(dá)96.7%～105%，可基本消除介質(zhì)的基質(zhì)效應(yīng)[22]，已用于自來(lái)水、地表水[26]和地下水等淡水體系中痕量丙烯酰胺的檢測(cè)。如果水體中的丙烯酰胺濃度過(guò)低，還可以采用固相萃取等方法進(jìn)行快速富集[27]。劉紅河等[28]用水提取食品中的丙烯酰胺，經(jīng)離心和濾膜過(guò)濾，采用C18固相萃取小柱對(duì)樣品進(jìn)行純化，在210 nm檢測(cè)波長(zhǎng)用紫外光譜掃描到丙烯酰胺有最大吸收峰。De Paola等[29]將快速樣品前處理技術(shù)(QuEChERS)和液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)結(jié)合應(yīng)用到干果和可食用種子中丙烯酰胺的測(cè)定，取得了良好的效果。

1.3 光譜法

紫外-可見(jiàn)吸收光譜法屬電子光譜，通過(guò)一定波長(zhǎng)下的吸光值對(duì)丙烯酰胺進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析。郝亞楠等[30]通過(guò)紫外分光光度法測(cè)定不同食品中丙烯酰胺的含量，結(jié)果顯示，丙烯酰胺的吸光度與其濃度在0.25～6.0 μg·L-1的范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。由于丙烯酰胺沒(méi)有發(fā)色基團(tuán)，很難通過(guò)一般的光譜法對(duì)其進(jìn)行測(cè)定，但可以通過(guò)對(duì)其他物質(zhì)光譜的改變來(lái)間接反映其濃度。張羅一覽和鄭紅[31]利用丙烯酰胺對(duì)高錳酸鉀-甲醛-抗壞血酸體系的化學(xué)發(fā)光抑制作用來(lái)測(cè)定水中的丙烯酰胺，效果良好，檢出限為5.0 μg·L-1。Gezer等[32]利用可生物降解的蛋白基傳感器和表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)檢測(cè)丙烯酰胺，發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺的存在導(dǎo)致了傳感器的背景SERS光譜中出現(xiàn)了特征標(biāo)記峰值，該峰可用于定量檢測(cè)丙烯酰胺在水溶液中的含量。

另外，食品在通過(guò)美拉德反應(yīng)形成丙烯酰胺的過(guò)程中，會(huì)伴隨食物的著褐色過(guò)程。通過(guò)對(duì)比顏色深淺和丙烯酰胺濃度的關(guān)系，可以分析食品中丙烯酰胺的含量，這種方法稱為計(jì)算機(jī)視覺(jué)(Computer Vision)法。該法簡(jiǎn)單易行，不需要前處理，可以及時(shí)跟蹤食品中丙烯酰胺的含量[33]，對(duì)于食品烹飪過(guò)程的改進(jìn)大有裨益。

除了以上通過(guò)在紫外光、可見(jiàn)光和拉曼光譜等波段范圍內(nèi)的強(qiáng)度變化，還可通過(guò)丙烯酰胺與其他分子生成熒光物質(zhì)的方法來(lái)測(cè)定其含量。這些熒光物質(zhì)一般結(jié)合電化學(xué)方法，以傳感器的形式存在，因此，該部分內(nèi)容在1.4中介紹。

1.4 電化學(xué)法

常用的電化學(xué)法是化學(xué)傳感器的方法。該方法的基本原理為：待檢測(cè)物與識(shí)別元件特異性結(jié)合，然后經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器把檢測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)來(lái)檢測(cè)。Asnaashari等[34]基于金納米粒子(AuNPs)和標(biāo)記雙鏈DNA設(shè)計(jì)了一種新型生物傳感器，在丙烯酰胺存在的情況下，形成單鏈DNA(ssDNA)和丙烯酰胺加合物，被標(biāo)記的互補(bǔ)鏈DNA在金納米粒子表面的吸附被抑制，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度顯著降低，通過(guò)產(chǎn)生顯著的熒光強(qiáng)度差建立了檢測(cè)方法，該方法具有較高的選擇性和廣泛的線性響應(yīng)。Hu等[35]制備了經(jīng)紫外照射而改性的量子點(diǎn)(QDs)，這種量子點(diǎn)之間的距離會(huì)隨著熒光強(qiáng)度的降低而減少，進(jìn)而導(dǎo)致量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度發(fā)生變化，但丙烯酰胺的存在則會(huì)增大量子點(diǎn)之間的距離，以此原理建立了一種新型熒光傳感器檢測(cè)丙烯酰胺。毛祿剛[36]利用金納米和碳納米管復(fù)合物修飾的凝膠溶膠分子印跡電化學(xué)傳感器檢測(cè)食品中的丙烯酰胺，最低檢測(cè)限達(dá)到了0.028 μg·mL-1。Ning等[37]研制了一種磁性石墨烯分子印跡聚合物，可以快速、高選擇性地測(cè)定加熱或油炸食品中的丙烯酰胺。與高效液相色譜法相比，分子印跡電化學(xué)傳感器具有更好的靈敏度和選擇性，成本也更加低廉，未來(lái)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值會(huì)很大。

除了化學(xué)傳感器的方法，極譜法也被應(yīng)用于飲用水中丙烯酰胺的檢測(cè)。Niaz等[38]首次嘗試了示差脈沖極譜法(differential pulse polarography, DPP)，該法測(cè)定范圍為0.2～20.0 mg·L-1，檢出限為27.0 μg·L-1，可以排除水中常見(jiàn)物質(zhì)的干擾。由于電化學(xué)方法測(cè)定迅速，試劑消耗少，是一種良好的樣品測(cè)試手段。該工作將電化學(xué)方法應(yīng)用于丙烯酰胺的測(cè)定，是有益的嘗試。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和測(cè)定條件的不斷完善，電化學(xué)法可以用來(lái)測(cè)定水體中低濃度的丙烯酰胺。

1.5 酶聯(lián)免疫吸附法

酶聯(lián)免疫吸附(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)法是目前最理想的殘留篩選性分析方法之一，已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。為了提高檢測(cè)效率，近年來(lái)有學(xué)者嘗試基于抗原-抗體特異性反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)丙烯酰胺快速的定性定量分析。趙美萍等[39]利用ELISA法將N-丙烯酰氧琥珀酰亞胺(NAS)和載體蛋白分子表面的氨基進(jìn)行胺解偶聯(lián)制備抗原，而后在免疫動(dòng)物上制備特異性識(shí)別丙烯酰胺的多克隆抗體，利用這種獲得的抗體測(cè)定水溶液及食品中丙烯酰胺的含量，同時(shí)提供了相應(yīng)的試劑盒。該方法特異性強(qiáng)、靈敏度高、操作方便，適于快速檢測(cè)大量樣品。然而，如何獲得具有高度穩(wěn)定性和親和力的丙烯酰胺抗體仍然是未來(lái)研究的關(guān)鍵問(wèn)題[40]。

將以上方法總結(jié)于表1和圖2。由表1和圖2可知，目前關(guān)于丙烯酰胺的測(cè)定方法基本能夠滿足食品和淡水中丙烯酰胺的測(cè)定需求，但對(duì)海水的測(cè)定尚未涉及。相信隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建立更加簡(jiǎn)單有效的檢測(cè)環(huán)境水體(包括海水)中微量丙烯酰胺的方法，是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

2 健康危害(Health hazard)

丙烯酰胺具有較強(qiáng)的組織滲透性，其單體可通過(guò)皮膚、消化道和呼吸道等多種方式進(jìn)入生物體內(nèi)[41]。大鼠經(jīng)口半數(shù)致死劑量(LD50)為124 mg·kg-1；大鼠經(jīng)皮半數(shù)致死劑量(LD50)為400 mg·kg-1；紅鱒魚(yú)72 h靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究表明，其對(duì)丙烯酰胺的生物富集因子(BCF)為1.65，丙烯酰胺有生物積累的潛在可能性[10]。動(dòng)力學(xué)研究顯示，進(jìn)入體內(nèi)的丙烯酰胺隨著血液可擴(kuò)散至全身各處[42]，從而危害生物體的健康(表2)。這些危害可歸結(jié)為如下幾類(lèi)。

2.1 神經(jīng)毒性

丙烯酰胺作為一種蓄積性的神經(jīng)毒素[49]，可導(dǎo)致急性、亞急性和慢性中毒[40]。人體長(zhǎng)期少量接觸丙烯酰胺往往會(huì)有一些不良癥狀，如嗜睡、出現(xiàn)幻覺(jué)和記憶改變等，短時(shí)間內(nèi)接觸高劑量丙烯酰胺則會(huì)使中樞和周?chē)窠?jīng)軸突的遠(yuǎn)端腫脹，最終變性，還會(huì)漸漸向近端擴(kuò)展[4]。中毒早期一般會(huì)出現(xiàn)肌肉無(wú)力、麻木和神經(jīng)異常等癥狀，隨著中毒時(shí)間的延長(zhǎng)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能會(huì)受到不同程度的損傷，且較難恢復(fù)，嚴(yán)重時(shí)甚至可導(dǎo)致小腦細(xì)胞凋亡，主要表現(xiàn)為活動(dòng)變緩，應(yīng)激反應(yīng)麻木遲鈍等[50]。金河天等[46]發(fā)現(xiàn)腹腔注射丙烯酰胺的大鼠神經(jīng)傳導(dǎo)速度明顯降低；李嘉[43]發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺能誘發(fā)動(dòng)物出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)失調(diào)、行動(dòng)遲緩和平衡障礙等類(lèi)帕金森病(PD)行為學(xué)特征。在機(jī)理方面，丙烯酰胺會(huì)損害神經(jīng)元(SH-SY5Y)和神經(jīng)膠質(zhì)(U-1240 MG)細(xì)胞的分化效率[51]，也可能導(dǎo)致神經(jīng)元Purkinie細(xì)胞的損傷[52-54]。另外，丙烯酰胺也可能通過(guò)改變大鼠腦內(nèi)谷氨酸的濃度，導(dǎo)致鈣超載，引發(fā)神經(jīng)細(xì)胞死亡，最終影響大鼠腦中樞的學(xué)習(xí)記憶功能[55]，從而產(chǎn)生神經(jīng)毒性[56]。而且，丙烯酰胺可以造成活性氧(ROS)的累積導(dǎo)致氧化損傷[57]。由分析可見(jiàn)，丙烯酰胺可以通過(guò)不同的方式危害生物的神經(jīng)系統(tǒng)。迄今為止，對(duì)丙烯酰胺的神經(jīng)毒性有3種假設(shè)：通過(guò)抑制神經(jīng)突觸前端的一氧化碳信號(hào)阻止神經(jīng)傳遞；直接作用于驅(qū)動(dòng)蛋白以抑制軸突的快速傳導(dǎo)；直接抑制神經(jīng)代謝的相關(guān)酶而引發(fā)神經(jīng)病變[58]。

圖2 丙烯酰胺的測(cè)定方法總結(jié)注：HPLC-MS表示高效液相色譜-質(zhì)譜法；HPLC-MS/MS表示高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；HPLC-UV表示高效液相色譜-紫外檢測(cè)法；LC-PAD表示脈沖安培檢測(cè)法；UPLC-MS表示超高效液相色譜-質(zhì)譜法；UPLC-MS/MS表示超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；HPLC-UV表示液相色譜-紫外檢測(cè)法；GC-MS表示氣相色譜-質(zhì)譜法；GC-MS/MS表示氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；GC-FID表示氣相色譜-氫火焰離子化檢測(cè)法；GC-EI-MS/MS表示柱前衍生-EI源串聯(lián)四極桿氣質(zhì)聯(lián)用法；GC-ECD表示氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)法；QuEChERS-LC-MS表示快速樣品前處理技術(shù)和液質(zhì)聯(lián)用法。Fig. 2 Summary of the determination methods of acrylamideNote: HPLC-MS stands for high performance liquid chromatography-mass spectrometry; HPLC-MS/MS stands for high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry; HPLC-UV stands for high performance liquid chromatography-ultraviolet detection; LC-PAD stands for pulse ampere detection; UPLC-MS stands for ultra-high performance liquid chromatography-mass spectrometry; UPLC-MS/MS stands for ultra-high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry; HPLC-UV stands for high performance liquid chromatography-ultraviolet detection; GC-MS stands for gas chromatography-mass spectrometry; GC-MS/MS stands for gas chromatography-tandem mass spectrometry; GC-FID stands for gas chromatography-flame ionization detector; GC-EI-MS/MS stands for gas chromatography-tandem mass spectrometry; GC-ECD stands for gas chromatography-electron capture detector; QuEChERS-LC-MS stands for quick-easy-cheap-effective-rugged-safe-liquid chromatography-mass spectrometry.

表1 丙烯酰胺的測(cè)定方法、檢出限及回收率Table 1 Determination methods, detection limits and recovery rates of acrylamide

注：GC-EI-MS/MS表示柱前衍生-EI源串聯(lián)四極桿氣質(zhì)聯(lián)用法；HF-LPME-GC/MS表示中空纖維液相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法；IEC/MS表示離子交換層析-質(zhì)譜法；LLE-GC/MS表示液液萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法；HPLC-MS/MS表示高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；LC-MS-MS表示液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法；SPE disk表示固相萃取盤(pán)；UAE-DLLME-GC-MS表示微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用法；LC-ESI-MS-Triple Quadrupole表示液相色譜-電噴霧電離三重四級(jí)桿質(zhì)譜。
Note: GC-EI-MS/MS stands for gas chromatography-tandem mass spectrometry; HF-LPME-GC/MS stands for hollow fiber liquid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometer; IEC/MS stands for ion-exchange column chromatography-mass spectrometry; LLE-GC/MS stands for liquid-liquid extraction-gas chromatography-mass spectrometer; HPLC-MS/MS stands for high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry; LC-MS-MS stands for liquid chromatography-tandem mass spectrometry; SPE disk stands for solid phase extraction disk; UAE-DLLME-GC-MS stands for dispersive liquid-liquid microextraction-gas chromatography-mass spectrometer; LC-ESI-MS-Triple Quadrupole stands for liquid chromatography-electron spray ionization mass spectrometry-Triple Quadrupole.

表2 丙烯酰胺對(duì)不同類(lèi)群的生物體的健康危害Table 2 Health hazard of acrylamide on different taxa of organisms

2.2 生殖毒性

丙烯酰胺的生殖毒性機(jī)制類(lèi)似于其神經(jīng)毒性，尤其是雄性生殖系統(tǒng)的形態(tài)和功能受丙烯酰胺的毒害更明顯[4]，像精子數(shù)目減少、活力下降、畸形率增加、DNA斷裂和增殖受阻等都已被不少實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證[59-60]，現(xiàn)已證明丙烯酰胺可通過(guò)干擾類(lèi)固醇激素的合成來(lái)影響動(dòng)物的生殖功能[61]。Yang等[45]以灌胃的方式對(duì)大鼠進(jìn)行丙烯酰胺連續(xù)染毒，發(fā)現(xiàn)與大鼠睪丸相關(guān)的基因被調(diào)節(jié)，引起精子形態(tài)學(xué)缺陷，附睪尾部的精子濃度降低，血清睪酮水平和間質(zhì)細(xì)胞活力均呈劑量依賴性下降，最終導(dǎo)致精子減少。從機(jī)理上分析，可能由于丙烯酰胺通過(guò)損傷睪丸間質(zhì)細(xì)胞DNA，造成相關(guān)蛋白合成受阻，從而造成細(xì)胞孕酮合成功能的下降或細(xì)胞活性降低，最終導(dǎo)致生殖系統(tǒng)功能下降[62]。王振等[63]以黑腹雄蠅為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺能使不同階段的生殖細(xì)胞發(fā)生突變，且精母細(xì)胞受損程度最大，這些生殖毒性必然會(huì)影響生物種群的繁衍，但受到毒性作用的生殖細(xì)胞是否會(huì)影響到子代，尚未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，同時(shí)也需作進(jìn)一步研究以確定丙烯酰胺對(duì)人類(lèi)的生殖危害。

2.3 遺傳毒性

研究發(fā)現(xiàn)，丙烯酰胺主要通過(guò)2種途徑產(chǎn)生遺傳毒性，一是經(jīng)細(xì)胞色素P450酶作用轉(zhuǎn)化成環(huán)氧丙酰胺(GA)，可以在不同的系統(tǒng)中誘發(fā)基因位點(diǎn)突變[64]；二是可以作為Michael受體，與DNA中的硫醇、羥基和氨基形成加合物，導(dǎo)致DNA損傷[65]。Chen等[66]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期暴露于丙烯酰胺后，G0/G1細(xì)胞周期會(huì)被阻礙，DNA發(fā)生斷裂，從而致使細(xì)胞凋亡。Beland等[47]發(fā)現(xiàn)小鼠胚胎的纖維細(xì)胞經(jīng)丙烯酰胺誘導(dǎo)后會(huì)產(chǎn)生DNA加合物，促使其發(fā)生基因突變。劉勝學(xué)等[51]的研究表明，高劑量丙烯酰胺(700 mg·L-1)會(huì)造成相關(guān)細(xì)胞中黃嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤和核甘酸糖基轉(zhuǎn)移酶基因發(fā)生突變。曹秀明等[48]發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺可造成斑馬魚(yú)生殖腺細(xì)胞的DNA損傷，且損傷程度與丙烯酰胺的暴露劑量成正相關(guān)。這些影響將導(dǎo)致生物種群發(fā)生改變，從而引起嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)害。

2.4 致癌性

近年來(lái)，丙烯酰胺毒性的相關(guān)調(diào)查與實(shí)驗(yàn)，如體外試驗(yàn)、動(dòng)物試驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查等均顯示丙烯酰胺不僅能夠傷害機(jī)體的神經(jīng)、生殖和遺傳系統(tǒng)[67]，而且還具有潛在的致癌性[68-69]。早在1994年，丙烯酰胺就被IARC劃分為2A類(lèi)致癌物，即人類(lèi)可能致癌物[13]。研究表明，不同的接觸途徑均可提高小鼠大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)、甲狀腺、卵巢、乳腺、皮膚、腸道和肺等的致癌率[70-73]。Rudén等[74]總結(jié)了1976—2002年間14個(gè)課題組對(duì)丙烯酰胺致癌性研究的結(jié)論，最終發(fā)現(xiàn)，只有少數(shù)(3個(gè))堅(jiān)持“丙烯酰胺對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)都不是致癌物”的觀點(diǎn)，其余大多數(shù)(11個(gè))都持“對(duì)動(dòng)物是致癌物，對(duì)人類(lèi)是可能致癌物”的結(jié)論。需要注意的是，自從開(kāi)展丙烯酰胺的毒理學(xué)研究到現(xiàn)在，雖然丙烯酰胺對(duì)動(dòng)物的致癌性已確認(rèn)無(wú)疑，但其對(duì)人類(lèi)是否真的具有致癌性仍有待進(jìn)一步的研究，二者之間的關(guān)聯(lián)并沒(méi)有被明確證實(shí)[75]。

2.5 其他方面

除以上毒性，丙烯酰胺還可產(chǎn)生免疫損傷、氧化損傷和發(fā)育損傷。曹秀明等[48]發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺對(duì)斑馬魚(yú)的肝臟、腦組織、心臟和腮等器官均具有毒性。小鼠的實(shí)驗(yàn)也表明，丙烯酰胺可以引起小鼠肝、腎和脾等組織的病理學(xué)變化[76-77]。賴怡等[78]從分子水平探討了丙烯酰胺對(duì)大鼠肝臟毒性的機(jī)理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，丙烯酰胺可能通過(guò)DNA甲基化以及細(xì)胞增殖等非遺傳毒性機(jī)制對(duì)肝臟產(chǎn)生影響。在丙烯酰胺暴露下，大鼠的超氧化物歧化酶(SOD)活性有明顯的降低趨勢(shì)，導(dǎo)致生物體內(nèi)活性氧(ROS)大量堆積而得不到清除，造成脂質(zhì)過(guò)氧化和蛋白降解[79-81]，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞的損傷，且發(fā)育毒性也是其主要毒性之一[82]。此外，有研究表明，丙烯酰胺會(huì)對(duì)海洋硅藻中肋骨條藻(S.costatum)造成明顯的損傷，72 h半效應(yīng)質(zhì)量濃度(EC50)為90 mg·L-1[2]。由此可見(jiàn)，丙烯酰胺超過(guò)一定濃度時(shí)對(duì)水生生物及水生態(tài)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生顯著影響。水環(huán)境是與人類(lèi)生存息息相關(guān)的重要載體之一，為保護(hù)人類(lèi)生存和水體生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有必要開(kāi)展丙烯酰胺對(duì)水生生物的毒理學(xué)研究。

3 結(jié)論與展望(Conclusions and outlooks)

通過(guò)對(duì)丙烯酰胺研究現(xiàn)狀的分析，可以得出：(1)從污染來(lái)源來(lái)看，隨著近代合成化學(xué)工業(yè)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多的丙烯酰胺類(lèi)化學(xué)品隨著工業(yè)廢水與生活污水未經(jīng)處理被直接排放，其在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化難以控制，污染遍及全球的各個(gè)角落。雖然短時(shí)間內(nèi)在環(huán)境中的含量甚微，但隨著生產(chǎn)和生活的發(fā)展，其排放量在進(jìn)一步增加，必然會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的威脅。(2)在檢測(cè)方面，目前的研究主要集中在食品和淡水環(huán)境，對(duì)海洋環(huán)境的研究幾乎沒(méi)有涉及。丙烯酰胺被廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)和生活中，很難避免輸入到海洋中，而占全球總面積71%的海洋對(duì)人類(lèi)所起的作用舉足輕重。丙烯酰胺在海水中的穩(wěn)定性如何，濃度如何，如何進(jìn)行測(cè)定，目前仍不得而知。海洋與人類(lèi)的生存環(huán)境息息相關(guān)，因此，加強(qiáng)對(duì)海水中丙烯酰胺的跟蹤監(jiān)測(cè)勢(shì)在必行。(3)從環(huán)境危害來(lái)看，大量研究已證明丙烯酰胺會(huì)通過(guò)各種方式引起實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的神經(jīng)毒性、生殖毒性、遺傳毒性和發(fā)育毒性及潛在的致癌性，但目前對(duì)丙烯酰胺毒性的研究主要集中在蟲(chóng)、鼠和魚(yú)等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，對(duì)于水體中敏感性更強(qiáng)的浮游生物的研究幾乎空白。鑒于此，在以后的研究中，可在以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作：

(1)加強(qiáng)丙烯酰胺的管理和治理工作，采取有效的抑制排放措施和污水處理手段，盡可能減少丙烯酰胺向環(huán)境中的排放，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康。

(2)更加深入地開(kāi)展丙烯酰胺對(duì)生物體的毒性效應(yīng)及作用機(jī)理的研究工作，并判斷其對(duì)人類(lèi)是否具有致癌性，建立一套科學(xué)的人類(lèi)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

(3)加強(qiáng)檢測(cè)水生生態(tài)環(huán)境中的丙烯酰胺污染狀況，監(jiān)測(cè)我國(guó)不同環(huán)境中丙烯酰胺的含量及分布情況，填補(bǔ)我國(guó)在此領(lǐng)域的數(shù)據(jù)空白。

(4)建立一種方便快捷的生物測(cè)試系統(tǒng)來(lái)評(píng)估水體(尤其是海洋環(huán)境)中丙烯酰胺的毒性風(fēng)險(xiǎn)。水體浮游植物個(gè)體小、生長(zhǎng)周期短、對(duì)多種毒物敏感并可直接在細(xì)胞水平上觀察，可作為測(cè)試對(duì)象應(yīng)用于水生生態(tài)系統(tǒng)中的毒物評(píng)估。