近日，我院于鑫教授团队冯明宝副教授在环境领域高水平期刊Water Research上发表了题为“Chlorination of methotrexate in water revisited: Deciphering the kinetics, novel reaction mechanisms, and unexpected microbial risks”的论文。本研究对氯化处理后抗癌药甲氨蝶呤（MTX）及其模式分子的氯化反应动力学及典型共存组分的影响进行了全面探索。通过转化产物的鉴定，揭示了MTX在氯化过程中的反应机理。结合微生物实验验证与在线软件预测，阐明了氯消毒引起MTX的毒性演变特征，并首次提出加速耐药基因传播的风险。该工作综合评价了氯化过程中MTX的反应动力学、转化机理和次生环境风险，为深度理解MTX的转化行为和风险评估提供了理论参考和评估框架。
抗癌药甲氨蝶呤（MTX）是公认的一种具有重大环境问题的新污染物。氯化消毒是广泛应用的末端水消毒方式，其对MTX的处理可能产生持久性转化产物和可能的不良环境影响。所以，采用高分辨率分析技术进行新污染物的反应产物鉴定及其次生环境风险的系统评价对完善水质安全评价体系尤为重要。
这项工作深入研究了氯化消毒处理MTX的反应动力学、水基质效应、转化机制及其带来的次生环境风险。
（1）MTX与次氯酸的反应速率常数在2.68-170M-1s-1范围内，且在pH7.0时MTX的6个模式分子与其氯化反应活性相似。
（2）1.0-10.0 μM溴离子可提高MTX在pH 5.0-9.0范围内的氯化效率。相比之下，碘离子或腐殖酸的加入对次氯酸降解MTX有轻微的抑制作用。次氯酸在真实水环境中与MTX反应迅速，表明该反应在氯化消毒含MTX的自来水和污水处理厂中存在的可能性。
（3）利用高分辨色谱质谱技术对多种基质介导的MTX氯化样品进行鉴定，共识别出9种反应产物，其中被首次检测到的转化产物有7种，且大部分产物在1个月后仍然存在。除了已知的MTX亲电氯化反应外（主要反应途径），该研究观察到多种全新反应机制，即攻击酰胺和叔胺基团的C-N键断裂。
（4）添加和不加溴离子的MTX氯化溶液均促进了耐药基因的接合转移能力，首次证实了该处理过程在耐药基因加速传播方面中意想不到的微生物风险。此外，MTX转化产物仍存在多靶点毒性（特别是发育毒性）和生物降解抗性。
以上结果表明氯化处理MTX可能引入多种具有结构稳定性和高环境风险的转化产物，应特别引起注意。
论文的通讯作者为冯明宝副教授，第一作者为2022级博士生张圣琪。该研究得到黄金城官方网站校长基金、国家自然科学基金委和厦门市科技局的资助。
文、图 | 张圣琪
责任编辑 | 冯明宝
排版 | 陈韬澜
