近期，我院生态环境保护研究所吕卫光研究员带领的环境监测团队在期刊Journal of Hazardous Materials (IF 10.588)发表了题为“Differences in kinetic metabolomics in Eisenia fetida under single and dual exposure of imidacloprid and dinotefuran at environmentally relevant concentrations”的研究论文。团队运用代谢组学分析手段，揭示了低浓度新烟碱类农药（neonicotinoids, NEOs）对蚯蚓分子水平的毒性作用及与农药本身在蚯蚓体内转化的关系。结果表明，不同分子结构的NEOs和暴露情景导致蚯蚓产生了特异性的差异代谢物，并诱导了不同的应激策略和NEOs转化规律。经吡虫啉（IMI）暴露的蚯蚓首先调动体内的抗氧化及解毒物质，促进IMI转化，而后激发产能过程；而经呋虫胺（DIN）暴露的蚯蚓先着手准备产能中间体而后抵御氧化胁迫，DIN转化受到抑制。两种NEOs联合暴露诱导了蚯蚓细胞膜结构相关的二十烷酸类物质，并产生了不可逆的能量代谢扰动。研究结果促进了NEOs对蚯蚓作用模式的理解，为土壤生态系统中蚯蚓介导的NEOs及其他污染物的归趋研究提供了重要启发。

NEOs是一类神经活性杀虫剂，主要作用于昆虫神经系统突触后膜的烟碱乙酰胆碱受体，使昆虫兴奋、麻痹和死亡。由于NEOs具有独特的作用机制且高效广谱，它们在全球120多个国家广泛使用。我国登记的NEOs有2000多个，约占农药总数的7%。大量频繁的使用导致NEOs在各类环境介质中广泛分布并积累，在土壤中的半衰期达几十天甚至几年。蚯蚓代谢组对NEOs的响应有助于揭示和评估NEOs分子水平的致毒机制及生态风险，环境浓度下不同结构NEOs和暴露情景对蚯蚓代谢组的时间动力学影响尚未明晰。

本研究聚焦较低浓度（~50 ng/g）吡虫啉IMI和呋虫胺DIN在单一和联合暴露情景下，赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）代谢组的动力学变化规律。结果发现，IMI暴露首先增加了肌醇和UDP-葡萄糖醛酸（与IMI跨膜吸收及其生物转化有关），而后增加了谷胱甘肽和十四种氨基酸（均为TCA循环前体），以抵抗胁迫和补充能量。相反地，暴露于DIN的蚯蚓首先借助氨基葡萄糖-6-磷酸和氨基酸产生TCA循环中间体，而后通过增加肌肽、烟酸-D-核糖核苷酸和烟酰胺-β-核糖苷来缓解氧化损伤，但由于能量供给不足，蚯蚓对DIN的转化受到抑制。与单一暴露体系不同，IMI和DIN联合暴露下的蚯蚓增加了四种二十烷酸类物质，这可能与组织学水平的膜脂过氧化现象有关。此外，用于平衡能量代谢网络的多种氨基酸在暴露周期内呈波浪型曲线变动，表明联合暴露使蚯蚓体内的能量代谢发生了不可逆变化，难以再度回到稳态。

我院生态环境保护研究所张海韵博士为第一作者，吕卫光研究员和北京大学王喜龙教授为共同通讯作者。该项研究得到了上海市农委、上海市科委、院卓越团队和国家自然科学基金委等的资助。

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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.126001