阿維菌素類藥物毒理學研究進展

摘 要：阿維菌素是一種高效、低毒、安全的驅蟲藥，屬十六元大環內酯類化合物，在市場上占有較大的銷售份額。其在農畜業生產中發揮重要作用的同時也對生態環境造成越來越嚴重的威脅。雖然阿維菌素類藥物對多種生物類群均有毒副作用，但從已發布的研究結果來看，水生生物對該類制劑最為敏感，因此僅就阿維菌素對水生生物的毒理學研究進展作一綜述。

關鍵詞：阿維菌素；作用機理；毒性；中毒癥狀

中圖分類號 R151.3 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）20-29-05

阿維菌素類（Avermectin，AVM）是1976年發現的由鏈霉菌（Streptomycesa vermitilis）產生的一組大環內酯類抗生素，包含有8種結構相似的天然組分，其中最具活性作用的是Avermectin B1（阿維菌素B1，又稱abamectin），商品化的AVM即為B1a（≥80%）與B1b（≤20%）的混合物。近年來，利用天然AVM組分為母體化合物進行結構改造，得到了多種衍生物，如Ivermectin（伊維菌素，IVM）、Evermectin benzoate、Doramectin（多拉菌素）等。Ivermectin可以為多種動物殺滅線蟲和外寄生蟲，Abamectin和Evermectin benzoate則作為殺蟲劑主要用于農業生產。目前該類制劑是世界范圍內通用的使用量最大的農畜兩用抗生素[1]。

AVMs具有以下特點：（1）抗蟲譜廣：對寄生于動物的絕大多數線蟲和節肢動物有很強的殺滅作用，也包括對環境中的多種節肢動物有很強的殺滅作用。（2）活性高：有效濃度在ng級。（3）給藥后，AVMs在體內代謝很少，大部分以原形形式通過膽汁、糞便排泄出體外。（4）進入環境中的AVMs能殘留較長時間[2]。

由AVMs類藥物的作用特點可知，此類藥物多數經生物體的代謝轉化以后，主要以原形形式通過糞便排出體外，且在環境中殘留期長，因此極易對非靶生物的生存造成威脅。此外鏈霉菌產生的代謝產物除了主要成分阿維菌素外，還包括一些沒有鑒定出來的其他產物，這些成分不明的副產物的作用機制還不明確，其對生物有機體的作用尚未可知。

越來越多的毒理學工作者和臨床醫生報道，阿維菌素類藥物的正常使用（通過環境殘留）或過度大量使用可引起多種生物類群如細菌、土壤無脊椎動物、水生生物、哺乳動物和禽類的中毒反應，嚴重的可直接導致非靶生物死亡。目前，AVMs類藥物對非靶生物的毒性作用已引起學者們的廣泛關注[2-3]。

雖然AVMs類藥物對多種生物類群均有毒副作用，但從已發布的研究結果來看，水生生物對該類制劑最為敏感，因此筆者僅就阿維菌素對水生生物的毒理學研究進展作一綜述。

1 阿維菌素的作用機理

神經遞質按照功能大致可分為興奮性神經遞質和抑制性神經遞質兩大類。γ-氨基丁酸是一種抑制性神經遞質。由γ-氨基丁酸介導的神經沖動傳遞過程如下：當神經沖動到達突觸前膜時，突觸小泡釋放γ-氨基丁酸，γ-氨基丁酸與突觸后膜上的神經元或肌肉細胞內的受體結合，導致抑制性突觸后電位的發生，即導致突觸后膜上的氯離子通道大量開放，氯離子大量釋放，從而使得突觸后膜上的神經元或肌細胞的細胞膜發生超極化，即產生抑制作用，阻斷神經沖動的繼續傳導或肌細胞的興奮。早期的研究認為AVM可作用于γ-氨基丁酸門控的氯離子通道。其可能的機制有以下2種說法：（1）AVM作為受體激動劑直接與通道蛋白結合，從而導致通道的大量開放，氯離子大量內流，導致突觸后膜神經細胞或效應器細胞發生抑制；（2）AVM可以刺激γ-氨基丁酸的大量釋放，后者導致通道大量開放，從而出現下游的抑制效應。后來發現，谷氨酸門控的氯離子通道可能是AVM更重要的靶點。在濃度水平較小時，AVM類藥物可以導致與γ-氨基丁酸不相關的氯離子通道的開放，這種開放與谷氨酸有關，通過調節谷氨酸門控的氯離子通道的開放，使氯離子大量內流，使效應細胞處于超極化的抑制狀態，從而導致神經沖動的傳導障礙或肌肉的麻痹[4]。

這種理論后來得到了實驗研究證據的支持。例如對線蟲的一項實驗發現，谷氨酸門控的氯離子通道與AVM的作用機理密切相關。當使與谷氨酸門控的氯離子通道有關的基因發生突變喪失功能作用后，發現線蟲可以耐受高濃度的伊維菌素。這項研究結果表明，AVM作用的更重要的靶點是谷氨酸門控的氯離子通道，而不是γ-氨基丁酸門控的氯離子通道[5]。

因為體內外的大多數寄生蟲的外周神經系統中存在谷氨酸門控的氯離子通道和γ-氨基丁酸門控的氯離子通道，因此AVM類藥物具有可以麻痹蟲體體壁的作用。除此之外，AVM類藥物還可作用于寄生蟲的咽部，使該部位的肌肉處于抑制狀態，喪失運動功能，從而使蟲體不能進食，處于饑餓狀態。綜上所述，AVM類藥物可導致靶生物的神經沖動傳導發生障礙，肌細胞喪失運動能力，靶生物表現為不能運動和進食，從而達到致死效果[5]。

在哺乳動物中，γ-氨基丁酸門控的氯離子通道主要存在于中樞神經系統內。在正常的藥物劑量濃度范圍內，AVM類藥物不易透過血腦屏障，也就是說在不過量用藥的情況下，AVM類藥物是不易進入哺乳動物中樞神經系統的。而且，哺乳動物體內缺乏谷氨酸門控的氯離子通道，因此，AVM類藥物對哺乳動物來說是比較安全的一種抗蟲藥物[6]。

2 阿維菌素的毒性

2.1 急性毒性 在查閱文獻的基礎上，我們對AVM類藥物致部分水生生物的急性毒性作用的情況進行了歸納總結，詳情參見表1。由整理結果可見，AVM類藥物對水生生物具有強烈的毒性作用，且以劇毒和高毒的致毒程度居多。在我們所統計的多種水生生物中，相對比較而言，藻類、蝦和蚌類對AVM類藥物的敏感性要高于魚類，即AVM類藥物對這些物種的生存脅迫最為嚴峻。同時，多篇文獻中還提到在水產養殖中盡量避免或嚴格禁止使用AVM類藥物作為抗生素用于水產品的病蟲害防治工作。

2.2 慢性毒性 國內關于AVM對水生生物慢性毒性作用的研究較急性毒性要少得多，這些研究局限于少數物種，尚未形成規模，且多以亞慢性毒性居多。劉少穎等人[32]對AVM等殺蟲劑引起的大型溞慢性毒性進行了研究報道。實驗發現，在21d的染毒實驗中AVM對實驗溞的LC50值為0.08（0.07～0.10）μg/L，0.1μg/L和0.2μg/L的作用濃度對大型溞具有60%以上的致死作用。0.2μg/L的AVM作用7d后大型溞的死亡率開始明顯上升，到第10d即達到60%，到第13d時實驗溞的死亡率超過80%，染毒16d時實驗溞的死亡率接近100%。

AVM染毒可導致水生動物體內的抗氧化酶和解毒酶系的活性發生變化。如陳家長等人先后對AVM染毒導致的鯉魚過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽-S-轉移酶（GSTs）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性變化進行了研究報道。實驗共設0、3.2、5.6、7.5、10.0和18.0μg/L等6個試驗濃度，分別在染毒1、2、4、7、10、14、20和30d（即恢復實驗第10d）采集魚體的肝胰臟組織和肌肉組織進行蛋白含量測定和酶的活力分析。低劑量（3.2μg/L）對鯉魚肝胰臟組織CAT活性沒有顯著影響，中劑量（5.6和7.5μg/L）和高劑量（10.0和18.0μg/L）可顯著改變CAT活性，且酶的活性變化基本上呈現先升高后降低的趨勢。2個中劑量組在染毒中期，即10～14d時對酶的誘導作用達到最高峰，而高劑量組則在染毒第2d即對酶活達到最大誘導峰值，而在隨后的時間里CAT被抑制，且隨著時間的延長抑制作用逐漸增強。肝胰臟組織中谷胱甘肽-S-轉移酶（GSTs）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性變化基本上也遵循類似的規律。與肝胰臟組織相比，肌肉組織上述酶的活性變化要微弱得多，提示肝胰臟組織對AVM染毒具有良好的響應[34-35]。嚴海娟等人[15]利用AVM對錦鯽進行了急性和慢性毒性研究，檢測了腦組織中乙酰膽堿酯酶（AchE）和羧酸酯酶（CarE）的變化情況。實驗周期為28d，分別取96h半數致死濃度的1/10、1/20和1/50作為作用濃度，于實驗的第1、3、5、7、14和21d采樣檢測。結果發現AVM對2種代謝解毒酶均表現為抑制作用。其中，高劑量對酶的抑制效果最明顯，使AchE的抑制率達到50%，CarE的抑制率達到35%，但低劑量和中劑量對上述2種酶也具有明顯的抑制作用。酶活的變化呈現出良好的時間-效應關系，即隨著染毒時間的延長，2種酶的活性抑制率逐漸升高并在染毒21d時達到最大抑制率。王海潮等人[36]研究了AVM對青蟹血液中酚氧化酶（PO）的影響，實驗設定了從1.0～500μg/mL的10個檢測濃度。結果發現AVM對青蟹PO活性的影響具有明顯的劑量-效應差異，具體表現為當藥物質量濃度較高時抑制PO的活性，如當劑量為500μg/mL時AVM對青蟹PO的抑制率為79.14%，隨著作用劑量的降低，抑制率也逐漸降低；而低質量濃度的AVM（≤15μg/mL）則對PO表現出增強作用，即低劑量的AVM對青蟹具有免疫促進作用。

2.3 特殊毒性 國內關于AVM對水生生物特殊毒性作用的研究較少，僅見少量報道，且局限于生殖和發育毒性研究。如邴欣[37]等人以雄性金魚為實驗動物，研究了AVM的環境雌激素活性和生殖毒性。結果表明AVM對雄性金魚無誘導產生卵黃原蛋白的作用，可能沒有環境雌激素作用。但AVM暴露可導致實驗魚的生殖腺指數發生顯著變化，抑制生殖腺組織中γ-谷氨酰胺轉移酶活性，即AVM可能會導致魚類生殖能力下降。另一項對雄性鯉魚的實驗研究也得到類似的結論[19]。在3.2～5.6μg/L的劑量范圍內，AVM長期暴露可抑制雄性鯉魚血清雌二醇的合成，且存在劑量-效應關系；但在此劑量范圍以外，抑制作用消失。結果提示：AVM長期小劑量暴露可能會通過降低雄魚雌二醇合成量的方式對魚類產生生殖毒性。

AVM對魚類以外的其他水生生物也表現出損傷生殖機能的毒性作用。當使用AVM對大型溞進行長期暴露時，與對照組相比，母溞的第一次產卵時間顯著縮短；第一次的產卵量顯著降低；幼溞與母溞的比率顯著降低；平均胎數顯著降低；幼體的體長顯著縮短[32]。

AVM對水生生物發育毒性的研究僅見孫雪峰的報道。研究考察了包括AVM在內的12種常見農藥在低濃度條件下對光棘球海膽（Strongylocentrotus nudus）胚胎發育的毒性作用。實驗選擇受精膜舉起期、2細胞時期、上浮囊胚期和棱柱幼體期等4個發育時期進行觀察。在0.01mg/L的劑量作用下，AVM急性暴露可在受精膜舉起期對海膽的胚胎發育產生致死作用，而在2細胞期、上浮囊胚期和棱柱幼體期則與胚胎的致死率呈現負相關[38]。AVM對海膽的胚胎發育具有低劑量毒物的刺激作用。

3 阿維菌素的中毒癥狀

3.1 魚類 魚類阿維菌素中毒的臨床癥狀不盡相同，但也表現出一定的規律性，神經性中毒癥狀明顯。如在中毒初期有短暫的異常興奮表現，在受到刺激后會快速游動，隨著中毒時間的延長，大部分魚類表現出共濟失調癥狀，如身體不能保持平衡，運動不協調，游動速度逐漸變慢，反應變得遲鈍，呼吸越來越困難，鰓蓋外張。到最后身體靜止，不再游動，直至死亡（如斑馬魚、草魚、鯽魚、鯉魚、鰱魚、食蚊魚、胭脂魚等）。中毒后有些種類的魚體色會發生改變，有的顏色變深或變黑（如鰱、銀鯽、麥穗魚、鯉魚、中華鰟鮍、胭脂魚），有的顏色會變淺或變淡（如草魚），提示AVM可能對受試魚的內分泌功能產生了影響[13]。有些種類的魚呈現出體表粘液分泌增加的癥狀，如江黃顙魚、中華鰟鮍和草魚[13，21，24]。還有的魚內臟出血或腹腔積液，如經剖檢發現中毒鯽魚腎臟出血、黃鱔腸壁和內臟充血、草魚腹腔內有黃色粘液[13，15，26]。

3.2 甲殼動物 蝦類的中毒癥狀與魚類相似，神經系統功能紊亂明顯，如動物中毒初期表現為躁動不安，快速、無定向游動；隨后游泳時不能保持平衡，沒有方向感，游泳速度逐漸變緩，反應變得遲鈍。最后停止游動，沉入水底，呈現麻痹昏迷狀態，對外來刺激喪失反應性，隨后死亡。青蝦在中毒死亡時也出現與魚類相類似的體色改變現象，由正常體色變為灰白色[28-29，33]。中華絨螯蟹的幼蟹中毒后運動行為異常，部分幼蟹出現昏迷反應，即使昏迷個體被重新投放入清水中蘇醒后也仍然表現為運動異常[22]。

3.3 軟體動物 三角帆蚌幼蚌中毒后腹足的運動變得越來越緩慢，閉殼肌逐漸喪失功能，心率變慢，對外界刺激無反應，直至最后張殼死亡[31]。尖膀胱螺等螺類在剛剛中毒時對刺激反應迅速，隨著時間的推移，對刺激反應越來越慢，最后不再運動。在低劑量AVM處理組可見螺吐出絲狀粘液，懸于藥液中[30]。

4 研究展望

雖然AVM被稱為是一種新型的生物源綠色農畜兩用殺蟲劑，但隨著該制劑在農業及畜牧業生產中的大量應用，其所引發的環境污染越來越嚴重。另據報道，2003年，國外的AVM生產線基本已停產，目前我國已轉變成全世界AVM類藥物的主要生產國，這意味著生產過程中產生的廢棄菌體及污水將進一步惡化AVM的環境殘留。然而前期的文獻檢索表明，目前國內關于AVM毒理學的研究報道尚比較缺乏，且主要集中于水生生物和家畜（中毒多為過量用藥導致，因此筆者未對其進行綜述）。而對其他生物類群，如對環境污染有強烈敏感性的鳥類，可能與AVM直接接觸的土壤無脊椎動物以及兩棲動物則幾乎沒有報道。為了更加科學評價AVM的安全性，豐富AVM生態毒理學內容，應該大規模開展包括水生生物在內的多種生物類群的AVM毒理學研究工作，為AVM類藥物科學使用提供參考借鑒。

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（責編：徐世紅）