基于貝葉斯加權平均模型的SH-SY5Y細胞毒性實驗中吡蟲啉基準劑量(BMD)外推研究

《Computational Toxicology》:Benchmark doses (BMD) extrapolated from in vitro cytotoxicity experiments in SH-SY5Y cells using the EFSA Bayesian BMD web app: The study case of imidacloprid

【字體: 時間:2025年05月07日 來源:Computational Toxicology 3.1

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  本研究通過EFSA貝葉斯BMD網絡應用程序,利用SH-SY5Y細胞體外細胞毒性實驗數據,采用貝葉斯加權平均模型優化吡蟲啉的劑量-毒性反應關系評估。研究人員解決了傳統NOAEL/LOAEL方法在風險評估中的局限性,得出BMD=26.40、BMDL=13.10及RfD=0.0003μM等關鍵參數,揭示吡蟲啉具有顯著神經毒性風險。該研究為農藥安全評估提供了更精確的 probabilistic modeling 方法,對制定暴露限值具有重要意義。

  

隨著農藥在日常生活中的廣泛使用,其潛在健康風險引發高度關注。吡蟲啉作為新煙堿類殺蟲劑,雖對害蟲具有高效殺傷力,但人類暴露后的神經毒性機制尚不明確。傳統風險評估依賴NOAEL(未觀察到有害效應水平)和LOAEL(最低觀察到有害效應水平)方法,存在實驗設計依賴性強、數據利用率低等缺陷。為此,研究人員探索更精確的基準劑量(Benchmark Dose, BMD)方法,通過量化特定毒性終點的劑量-反應關系,為制定安全暴露限值提供科學依據。

Yachay Tech大學的研究團隊在《Computational Toxicology》發表論文,利用人神經母細胞瘤SH-SY5Y細胞系開展急性暴露實驗,結合EFSA開發的貝葉斯BMD網絡工具,建立吡蟲啉神經毒性的概率風險評估模型。研究采用MTT法(3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四氮唑溴鹽)檢測細胞活性,通過馬爾可夫鏈蒙特卡洛(MCMC)算法擬合劑量-反應曲線,最終計算BMD及其置信下限(BMDL)等關鍵參數。

數據收集
實驗數據源自前期關于吡蟲啉對SH-SY5Y細胞氧化應激和細胞毒性的研究,選取24小時急性暴露的MTT檢測結果(8次重復)作為分析基礎。

結果
貝葉斯模型加權平均結果顯示:最終BMD=26.40,BMDL=13.10,均滿足Gelman-Rubin統計量(0.9-1.0)和有效樣本量(>150)的收斂標準;5%風險閾值的出發點值(PoD)為8.14,參考劑量(RfD)低至0.0003μM,提示吡蟲啉具有顯著毒性風險。此外,人群最小危害劑量(HDMI)與半數危害劑量(HD50)的關聯性分析進一步驗證了暴露風險的廣泛性。

討論
吡蟲啉通過煙堿型乙酰膽堿受體(nAChRs)的異常激活和氧化應激通路引發神經毒性,其風險參數顯著高于同類殺蟲劑如啶蟲脒。研究強調,現有監管標準可能低估了低劑量長期暴露的累積效應,需結合不確定性因素(UF)進行修正。

結論
該研究證實貝葉斯模型平均法能顯著提升體外毒性數據的風險評估精度,為農藥監管提供量化工具。吡蟲啉的神經毒性閾值極低,亟需開展更多新煙堿類化合物的協同效應研究。

倫理聲明
本研究未涉及人類或動物實驗,無需倫理審批。

作者貢獻
Lenin J. Ramirez-Cando負責數據分析和論文撰寫,Santiago J. Ballaz參與實驗設計和數據收集。研究未接受外部資助,無利益沖突聲明。

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