作为环境兽医毒理学的 candidate Ph.D., 需要敏锐的洞察力和感觉能力。 学校一到年底或年初，总需要大批大批的打印与课题项目有关的材料，所以需要多次去印刷厂，以前去印刷厂鼻子总是嗅到一种怪怪的味道，而且感觉好难受，后来听师妹说说那是臭氧（ OZONE ）。我猛然醒悟，原来我已经多次暴露在 Ozone 下。于是，前几天我在印刷厂的行为改变历历在目： 1. 高高兴兴地哼着小齐的歌拿着师兄交给我的任务，去印刷厂。行为表明未进印刷厂前是心情愉悦的，是兴奋的； 2. 进入印刷厂，我就开始嗅到臭氧。表明呼吸接触，我整个人已经处在臭氧的暴露中； 3. 1min 后，高兴劲开始逐渐淡去，头脑开始晕，逐渐的有点不太清醒， 5min 后我开始抑郁（ depression ）了，所以找了个座坐下。以上表明，臭氧发挥效应还是很快的，头脑发昏，说明臭氧已经投过血脑屏障，根据文献，可能影响了多巴胺系统，出现了抑郁症状； 4. 20min 后，印刷厂的工人，让我去把需要复印的原件拆开，我说“有工具吗 ”? 她说 : “没有”！当时，看着那厚厚的材料和书钉，我恨不得吼他一顿，让我牙咬啊！看来，抑郁行为开始转化为暴力行为； 5. 1h 后，心跳没那么加速了，脸不红脖子也没那么粗了，什么都没了心情，只是不时的有点焦虑。照这样，我开始适应了臭氧的刺激，尽管偶尔有点焦虑行为。 6. 2h 后，我走出印刷厂，狠狠地吸了几口 fresh air ！ 突然感觉到还是大自然的空气好，尽管山西空气也是那么的充满焦煤味！ 亲身感受臭氧的威力，于是，我怀疑：臭氧是诱导社会情绪行为的风险因子，所以我 google scholar 关键词： ”Ozone exposure; behavior”, 在 medical hypotheses 发现一篇有意思的 paper ： 原文中这样几句话： ” Biologically, ozone is able to influence the immune system, is a strong trigeminal irritant and might influence neurotransmitter systems such as serotonin, which are known to vary with season and play a major role in impulsivity, aggression, depression and thereby suicidality. Putative psychological explanations for the suicide peak in summer include the influence of a higher ambient temperature leading individuals to a more disinhibited, aggressive and violent behaviour possibly resulting in an increased proneness for suicidal acts that is influenced by ozone ” 。 研究证明：臭氧会造成抑郁、冲动、攻击和焦虑行为！ 严重的甚至可能导致自杀！ Oh ， my god! 好可怕 ! 怪不得印刷厂的员工都那么的不和谐！ 由此想到富士康的“跳楼事件”，不知道富士康的工厂（电子元件已焊接，是不是会有臭氧产生）里是不是臭氧浓度很高？当然跳楼的少数，不知道富士康的员工是不是很多很抑郁，甚至有暴力倾向！ 臭氧影响神经行为，不容忽视！
我是一个环境毒理学的 postgraduate ，常常疑问于 Toxicology 怎么定义的，它到底能告诉我们什么？ Toxicology is the study of adverse effects of chemical, biological or physical agents on living beings. It touches all aspects of interaction between toxic agents and the living system. Toxicology gives us an insight about our life style and exposure to different kinds of chemicals that are continually increasingly in our atmosphere. We need to be aware of toxicities of various chemicals in our ambiance, this is what Toxicology is about. 通过以上的描述，我们知道毒理学是对外源物质或刺激对人类的不利效应的研究。具体包括 涉及毒物和生命系统互作的各个方面。毒理学研究告诉我们，大气中暴露于人类的各种化学物质日益增多。我们需要意识到存在于我们周围的存在的各种化学物质。这就是毒理学研究的重要内容！ 随着科学技术的不断发展，传统的毒理学研究越来越向未来的系统毒理学靠近。可以说毒理基因组学研究是其一个中间过渡。那么毒理基因组学研究的主要目标是什么？ Toxicogenomics has three principal goals: to understand the relationship between environmental stress and human disease susceptibility; to identify useful BIOMARKERS of disease and exposure to toxic substances; and to elucidate the molecular mechanisms of toxicity. 1. 理解环境应激与人类疾病易感性的相关性 2. 鉴定疾病和毒素暴露的生物标记 3. 阐明毒物的分子机理 However, 目标同时也是当前毒理学面临的困难。 The ability to discern the mechanisms of toxicity that are related to health issues is an important challenge facing scientists, public-health decision-makers and regulatory authorities,whose aim is to protect humans and the environment from exposures to hazardous drugs, chemicals and environmental stressors (such as global warming or non-ionizing radiation). Also, the problems of identifying environmental factors involved in the aetiology of human disease and of performing safety and risk assessments for drugs and chemicals have long been formidable issues. 1. 分辨相关人类健康的毒物机理； 2. 鉴定参与人类疾病病因学和开展安全和风险评估的环境因子。 说道现在，你也许会有疑问，环境暴露与人类疾病之间有什么关系？俗话说，病从“口”入，也就是说“口”之外的东西，都是环境因子或刺激物。下面 figure 或许给你一个清楚的认识。
1. 体外细胞试验的染毒剂量与人群环境暴露的内暴露剂量如何联系？ 动物试验的染毒剂量是通过引入体重变量与人群接触剂量产生关联，但体外试验失去体重这个“中介”；体外细胞试验的染毒剂量是否可参考《 Fourth National Report on Human Exposure to Environmental Chemicals 》等生物监测数据？ 2. 剂量 - 反应关系的实质是不是个体差异？ 随着染毒剂量的增加，小白鼠死的越来越多是毒理学的经典试验结果，那些在高剂量死亡的小鼠与在低剂量死亡的小鼠有什么区别？如果说是个体差异导致了死亡与否，那么在理论上，如果没有个体差异，就没有剂量反应曲线。而实际上，体外培养的细胞的“个体差异”是一直被忽略的。 3. 细胞适应性反应就是细胞逃避死亡的反应？ 适应性反应仅仅是指细胞在低剂量（非毒性剂量以下）时的反应吗？就细胞而言，生存就是适应，因此，诸如 DNA 损伤修复反应，逃避凋亡的反应都应该是适应性反应，如此而言，肿瘤信号通路的激活也是适应性反应？
毒理学动物试验的发展为化学物危害识别提供了毒性分析的工具，但是仍然有许多化学物质的动物毒性资料很少或几乎没有。传统的毒理学策略需要全世界范围内成千上万的研究人员、风险评估和风险管理人员参与，耗资巨大。其结果只能是使现有的毒性资料不断被修正或补充（以前未涉及的毒理学终点）。但另一方面，现行的毒理学试验和风险评估方法仍不能满足法规管理的需要，不能满足消费者对化学品安全的担忧。因此，需要重新审视现有的毒理学评价方法的有效性，而计算机、信息学和分子科学的应用提供了这样的机遇。特别是后基因组时代，以基因组学、蛋白组学、代谢组学和细胞组学为代表的系统生物学的建立和快速发展 , 更新了 21 世纪的毒理学理念和方法。 在此背景下，欧美等发达国家开展了新的毒理学安全评价策略的研究， 2004 年，美国 EPA 委托美国国家研究委员会（ National Research Council ， NRC ）审查现有的毒理学策略， 2007 年提出了长期的毒性试验和风险评估指导建议，即所谓的“毒性路径”（ toxicity pathway ）的概念。与之类似，美国国家毒理学计划提出了未来路线图（ NTP Roadmap for the Future ）， FDA 提出的策略名为关键路线计划（ Critical Path Program ）。 EPA 的研究和开发处（ Office of Research and Development ， ORD) 以及其它部门建立了相应的研究项目以支持毒理学策略的这一转变。如 ORD 于 2006 年成立了国家计算毒理学中心（ National Center for Computational Toxicology ）。资助应用体外方法进行风险评估和毒性试验，隶属于 EPA 的杀虫剂和毒物外（ Office of Prevention, Pesticides, and Toxic Substances ， OPPTS ）也在积极开发计算机毒理学工具用于风险评估和管理。 2007 年，美国国立研究院（ NRC ）描绘了具有划时代意义的 21 世纪毒理学的前景，即 Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a Strategy ，提出毒理学应当由原来的体内动物研究向体外试验转变。 2007 年“ 21 世纪的毒性试验：观念和策略”发表，这是一篇影响深远的文章，指出毒理学试验和风险评价策略应重点放在“毒性作用路径”这一科学理念的基础上，即基因、蛋白质和小分子物质如何相互作用维持细胞功能的分子路径，暴露于外源化学物如何破坏这些路径引起关键事件的级联反应，并最终导致负的健康效应。毒性作用的后果如图所示，描述了由于暴露于环境应激因素而导致正常生物学过程被干扰和破坏，导致细胞损伤后果的过程。成功的应用新的毒理学工具，有助于安全评价方案设计的合理性和有效性。 图 1显示 毒性作用通路， 描述了由于暴露于应激原导致正常生物学过程发生紊乱的过程。 目前风险评价方法中包括的不确定有： (1) 实验动物研究与人类的相关性 ( 物种外推 ), (2) 动物试验中使用的高剂量用来估计低剂量的或不确定的人类暴露的风险 ( 剂量外推 ), (3) 敏感人群的风险预测。近年来，提出了一种以毒性通路为核心的试验策略。通过对导致负效应的毒性通路破坏的定量的认识，提高了化学物毒性试验和风险评估的能力。 基因组技术带来的生物技术的革命促进了毒理学技术的发展和推动了高通量筛选工具的开发，使得大规模地研究化学物质作用的靶分子与靶细胞成为可能。检测化学物作用靶点（分子或细胞）与传统毒性终点之间的关系是第一步，在这些具有特征性的相互关系中，那些具有显著差异的表型建立评价危害和风险分析的毒性通路的关键。证明一种毒性通路，并研究其与化学物相互作用的体外检测方法，最大的潜在用途是评价上千万种与之类似作用方式的化学物。因此，研究关键靶组织的、器官和某个生命阶段的毒性通路，以及它们与整个生物机体和暴露途径的相互连系是这一策略的核心。
Guangying Luo （SXAU） Application of Animal Behavior in the Field of Environmental Toxicology 摘要： 近年来，随着人类健康理念的不断提高，环境毒理学研究越来越引起人们的重视。古老的动物行为学研究与环境毒理学的交叉，为毒理学研究指明了新的道路。本文综述了动物行为在环境毒理学的应用，对环境毒理学领域的研究具有一定的指导意义。 Abstract: With the raise of human health awareness, environmental toxicology research has been attached more and more important in recent years. Ancient animal behavioral research is applied in toxicology filed, which opens up a whole new way. This paper summarize the application of animal behavioral study in environmental toxicology field, which affords benefit for environmental toxicology research. 关键词 ：动物行为；环境毒理；学习记忆；情绪行为；社会行为 Keywords: animal behavior; environmental toxicity; learning and memory; emotional behavior; social behavior 1． 动物行为的概念 什么是动物行为？到目前为止，对于动物行为，没有一个普遍的定义。 动物为了自身眼前的存活和未来基因的存活所作的任何事情，这是行为的一个最简单定义。为什么说是为了自身眼前存活和未来基因存活的呢 ? 因为有些行为对自身的眼前存活是不利的，甚至因为这种行为它自己会死亡，但是如果不是为了自身存活，也是为了未来基因存活，只不过亲代为了子代牺牲了，这种行为对他自身存活不利，但是对他未来的后代存活有利，也就是说对未来的基因的存活有利。所作的任何事情一定是动物的一个个体、一个整体所干的一件事，而不是指它体内的生理活动。另外一个定义，行为是动物在个体层次上 ( 不是在体内的某个器官，或组织细胞的层次上，而是特别强调在个体层次上 ) ，对外界环境的变化和内在生理状况的改变所作出的整体性的反应，并具有一定的生物学意义，这是行为的第二个定义。这个定义首先强调在个体层次上而不是以一个器官、组织、细胞为单位，更不是以基因为单位，在个体层次上对外界环境的变化和内在生理状况的改变所作出的整体性的反应，具有一定的生物学意义 。 目前，环境问题，包括环境污染、社会压力、不良的生活方式，日益成为影响生物生存的关键因素 。为了从宏观上更直观的去观察风险因子对生物机体，特别是人类造成的损伤，从而为分子生物学水平的分析奠定基础，我们将动物行为的研究与毒理学的研究进行交叉，更系统、更为全面的来分析、阐明影响人类健康的风险机理。 2． 实验室动物行为学研究的优越性 动物行为学操作简单易行，特别是针对实验室的行为学研究。观察评价，通常指笼子的旁侧观察已经被广泛的应用于环境兽医学领域。通过对动物行为学的观察，我们可以很直接的看到环境风险因子对机体造成的损伤，其具体的优越性主要突出在以下两个方面 ：一、在环境毒理学领域，一些典型、具有代表性的行为学，可以作为动物毒理学研究的指示信号；二、 环境风险因子对机体的自然发生的一些行为学变化，可以很容易的观察到。而且，随着科技的不断发展，行为学研究成为组学研究筛选功能性基因的一种手段。通过行为学筛选，越来越多的新的功能基因被发现，从而为生物学的发展发挥了重要的作用。 3. 实验室动物行为学研究技术在环境毒理学领域中的应用 动物行为学研究越来越呈现整合的研究趋势，除了动物学家和生态学家之外，吸引了神经生物学、心理疾病学、分子生物学、功能基因组学和遗传学等不同领域的科学家。最近若干年以来，我国生命科学研究发展迅猛，神经生物学、分子生物学、遗传学、基因组学和蛋白质组学等技术平台已经建立得比较完善，但由于我国缺乏动物行为学基础研究的系统积累，这些前沿学科与重要动物行为学有机结合的研究还很有限。 然而，行为学研究技术在药理和毒理学研究领域，尤其是环境毒理学研究领域得到了广泛的应用 。目前，动物行为学的应用到环境毒理学的应用主要体现在以下几个方面： 3.1 学习和记忆行为 学习和记忆是两个相联系的神经过程。学习指人和运动依赖于经验来改变自身行为以适应环境的神经活动过程。记忆则是学习到的信息贮存和 “ 读出 ” 的神经活动过程。大脑在人的一生中一直处于发育的过程，而且大脑的发育很容易受到外界风险因子的攻击，特别是胚胎、婴幼儿和青少年以及老年阶段。大脑发育障碍势必会引起学习和记忆的功能障碍。 Yinyin Xia （ 2011 ） 等通过水迷宫检测了亚慢性暴露于环境致癌物苯并芘大鼠的学习与记忆水平，结果发现 2.5mg/kg 和 6.5mg/kg 处理组的大鼠的学习和记忆水平明显降低 。 Chris 等 (2010) 通过 T 型迷宫和水迷宫检测了孕期暴露羟考酮 30 天（ 15mg/kg/day ）对后代大鼠空间学习记忆能力的影响，结果发现羟考酮严重损伤了后代大鼠的学习记忆水平 。 3.2 情绪行为 情绪是生理上一种体验，包括喜、怒、忧、思、悲、恐、惊 7 种，而行为可以说是情绪的终极体现。行为表现的越强说明其行为越强。如果情绪行为障碍，直接影响到人们之间的社会关系交流以及学习。 Yale Abreu-Villaca, et al (2008) 通过高架迷宫检测了联合暴露于乙醇 (2g/kg) 和尼古丁（ 50ug/ml ） C57B/L6 小鼠的焦虑水平的改变，结果发现青少年时期长期吸烟和酗酒会引起成年的焦虑行为的增强 。另外， Aldina Venerosi, et al (2010) 通过 Light-dark ， Forced-Swimming 检测了孕期暴露于有机磷农药毒死蜱的后代小鼠的情绪行为的改变，结果发现孕期暴露于有机磷农药毒死蜱只是增加了后代雌鼠的焦虑行为，未发现雄鼠有明显改变 。 3.3 社会行为 动物的社会行为就是指群居在一起的动物，相互影响，相互作用的表现形式。社会行为的表现直接受大脑的控制，大脑的发育受到影响，直接影响动物正常的社会行为的体现。 Banafsheh, et al (2010) 通过 Social recognition test 和 Social investigation test 检测了孕期暴露于多聚联苯（ PCB ）的后代大鼠的社会行为学的变化，结果发现严重损伤了后代大鼠的社会行为，而且发现这些行为学障碍缺陷与自闭症的典型特征相似。因此， PCB 有可能是自闭症的风险因子 。 4. 行为学研究在环境毒理学研究领域的应用前景 以美国为首的 “ 人类基因组计划 ” 的 DNA 序列测定部分即将完成。而基因的 DNA 序列信息仅是基因资源开发的第一步 , 更重要的是基因的功能信息 , 特别是与人类重大疾病和重要生理功能有关的基因信息 , 有着巨大的应用与开发价值。一个以基因组功能研究为主要内容的功能基因组学 (Functional genomics) 时代即将到来。我国人类基因组研究近年来已取得重大的进展 , 随着研究的深入 , 建立大规模功能基因筛选系统已成为亟待解决的问题 , 这对于使我国的人类基因组研究及时转入功能基因组研究阶段将发挥重要的作用。另一方面 , 随着人类疾病基因的定位克隆 , 也需要功能研究来验证。而基因功能方面的研究在国内开展还不多 , 大部分是在细胞水平上的研究 , 在动物整体和活体水平上开展这方面的研究工作就更为罕见 。 建立功能模型筛选基因功能用动物行为学作起点 , 能从整体和活体动物的水平上全面观察基因的功能 ; 一旦发现行为学变化 , 能比较有意义地指导进一步的机制研究。虽然其本身不是直接研究分子机制 , 但能为将来的科学研究工作提出因果关系的基础 。 实验动物学是动物学中的一个重要分支学科 , 如能在基因功能研究方面发挥作用 , 将成为连接动物学和遗传学、 神经生物学的桥梁。这种交叉又以动物行为学作为主要的研究方式 , 将使古老的动物行为学研究方法加入崭新的内涵 , 其研究方式也将增添大量现代化的内容 , 不仅为神经系统新基因的功能研究提供了一个向纵深发展的新起点 , 而且无疑对动物学的进一步发展也具有相当重大的意义 。 因此，行为学研究与毒理学结合的同时，再与功能基因筛选平台相交叉，会为我们毒理学研究的靶标寻找奠定坚实的基础。 参考文献 Jeffrey Cohn, Robert C. 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