大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型及其构建方法

1.本发明涉及一种大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建方法，属于食品安全领域，具体涉及动物或人群日常暴露于丙烯酰胺的健康风险评估。


背景技术：

2.丙烯酰胺(acrylamide)的相对分子质量为71.08，无色无味，是极易溶于水的白色晶体小分子物质。其化学结构特点是含有氨基和碳碳双键活性中心，其中氨基具有脂肪胺的化学性质，可发生羟化反应、水解反应和霍夫曼反应。丙烯酰胺是重要的工业原料，其聚合物聚丙烯酰胺常用于建筑行业、化工领域、污水处理、石油工业以及实验室中聚丙烯酰胺凝胶电泳的配制。同时，其有机聚合物也是一种良好的光敏传感材料。早期关于丙烯酰胺暴露及毒性相关的研究集中于化工产业、环境科学领域中。在2002年4月，瑞典国家食品管理局以及斯德哥尔摩大学的研究人员首次联合报道了从富含碳水化合物的油炸和焙烤食品中检出高含量的丙烯酰胺，由此引发国际社会和政府机构对有关丙烯酰胺食品安全问题的高度关注。《nature》发表论文阐明食品中丙烯酰胺的产生源自maillard反应，主要是以游离天冬酰胺与糖类物质为底物，通过天冬酰胺-还原糖途径在食品热加工过程中形成。2005年2月国际食品添加剂专家委员会召开第64次会议，公布了来自24个国家的检测数据结果。会议报告中明确指出了丙烯酰胺含量较高的三大种类食品，包括有经过高温热加工处理的土豆制品，平均含量达到0.477mg/kg，其中以炸土豆条的含量最高为5.312mg/kg；咖啡及咖啡制品，平均含量达到0.509mg/kg；谷物(早餐类)食品，平均含量达到0.313mg/kg；报告中提及的其他种类食品中丙烯酰胺的含量多低于0.100mg/kg。
3.国际癌症机构将丙烯酰胺归类为2a类潜在致癌物(iarc，1994)。国外学者lopachin发现丙烯酰胺具有多种毒理学效应，可造成实验动物的中枢及外周神经突触损伤，并且其生殖与发育毒性在啮齿动物实验中得到证实，雄鼠表现为体内的精子畸形、精子数量减少，妊娠期雌鼠表现为体内崽数减少、繁殖率下降、胎儿对丙烯酰胺的再吸收增加等。欧洲食品安全局(efsa)食品链污染物小组(contam)发布关键报告，重申了关于控制丙烯酰胺体内暴露危害的重要性(efsa，2015)。我国卫生部在2005年4月份发布了对食品加工污染物丙烯酰胺的危险性评估报告。报告指出，我国在开展相关工作时应当加强膳食中丙烯酰胺污染物的监测与控制，同时逐步在我国人群中开展对丙烯酰胺的暴露评估，并且研究在食品加工过程中减少丙烯酰胺形成的防控措施。该评估报告依据未观察到丙烯酰胺引起的神经病理改变有害作用剂量(noael)0.2mg/kg b.w.，以及丙烯酰胺引起的生殖毒性noael值2mg/kg b.w.，设定我国正常摄入与高暴露摄入丙烯酰胺的神经毒性暴露界限(moe)值分别为200和50，生殖毒性暴露界限(moe)值分别为2000和500。以上数据表明，着眼于公众健康的角度，丙烯酰胺的暴露风险应当给予充分关注。
4.对于丙烯酰胺的风险评估研究，现有研究主要是采用外暴露的评估方式，即通过测定各类食物中丙烯酰胺含量进行膳食丙烯酰胺的摄入水平调查，但这种评估方式不能准确反映丙烯酰胺进入人体内的真正暴露水平。为能准确评估膳食丙烯酰胺对人体的暴露风
险，须采用体内暴露的评估方式，即通过对丙烯酰胺体内代谢生物标志物的测定对丙烯酰胺进行风险评估。与膳食丙烯酰胺外暴露相比，基于生物标志物的内暴露水平研究可以更准确地评估丙烯酰胺的日常摄入量并为流行病学的研究提供更可靠的依据。
5.传统毒代动力学模型是基于实验测定外暴露剂量和可采样并检测的生物样品中效应剂量，应用数学方法研究生物体内外来化合物或其代谢产物量随时间变化的动态过程，着重研究它们在体内的吸收、分布、生物转化和排泄过程的定量规律。但该方法是多种限制条件下的一种静态数学描述，无法满足实际暴露条件下准确预测机体内暴露剂量的要求。针对传统毒代动力学模型的不足，国外学者teorell在1937年首次提出了生理毒物代谢动力学模型(physiologically based toxicokinetic，pbtk)，该模型依据真实的生理解剖学结构，考虑污染物的理化特性、组织脏器的血流及代谢酶分布特征等，采用数学建模的方法，描述污染物及其代谢产物在血液和全身器官组织的动力学过程，包括吸收、分布、代谢和排泄。与经典房室模型不同，pbtk模型的房室参数主要从实验中获得，可以用于模拟和预测特定器官或组织在实际情况下的毒代动力学过程。并且同样由于该模型具有种属外推的特点，可以应用于评估食品污染物的暴露风险，为制定相应法律法规提供理论依据。
6.目前国内外近几年对pbtk模型的应用研究也逐渐兴起，如环境中农药残留毒死蜱、重金属铅、铜、锌的pbtk模型。但关于食品加工来源污染物涉及的热点问题如丙烯酰胺、氯丙醇酯、杂环胺、反式脂肪酸、呋喃等典型食品危害物开展pbtk模型及内外暴露关联机制研究较少。国内外建立的丙烯酰胺pbtk模型多以单次静脉注射丙烯酰胺后的动物脏器做分析模型，缺少代谢分布阶段的模型曲线，并且研究对象局限于丙烯酰胺和环氧丙酰胺原体。大多数研究仅对单一脏器建立代谢动力学模型，未建立内外暴露关联。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是提供一种大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型及其构建方法。
8.本发明基于丙烯酰胺在体内代谢途径，以血液、尿液、肾脏、肝脏作为重要研究位点，利用丙烯酰胺生理生化模型参数构建了基于位点微分方程的pbtk模型。同时，将单剂量模型稳定值进行了推演，构建了模拟丙烯酰胺的日常外暴露量与生物标志物稳定值水平的关联模型，为准确评估人体实际外暴露量提供了分析手段。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建方法，包括以下步骤：
10.1)、确定丙烯酰胺在大鼠内吸收、分布、代谢和排泄的动力学过程；
11.2)、确定丙烯酰胺在大鼠体内、体外生理毒代动力学模型，确立模型的房室组成结构；
12.3)、建立大鼠体内、体外丙烯酰胺含量微分方程；
13.4)、收集模型参数：大鼠生理学参数、丙烯酰胺生化参数以及血液-腔室器官含量参数；
14.5)、大鼠丙烯酰胺生理毒代动力学模型模拟及参数优化；
15.6)、建立了丙烯酰胺日暴露量响应关系模型。
16.作为本发明的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建方法的改进：
17.优选的，在1)中，通过文献查找和资料分析确定丙烯酰胺在大鼠体内吸收、分布、代谢和排泄的动力学过程。具体的，所述动力学过程包括：第一步，吸收。丙烯酰胺被人体吸收的途径有很多种，包括消化系统、呼吸系统、皮肤吸收，其中以消化道途径吸收最快。第二步，分布。丙烯酰胺进入到人体后，在体内的各组织中广泛分布，大约90％的原型丙烯酰胺会被脏器等代谢，仅有少量原型丙烯酰胺通过尿液排出体外。第三步，代谢。丙烯酰胺首先会在肝脏酶系细胞色素p450 2e1酶的作用下，快速转变成环氧化活性物质，即环氧丙酰胺。另一部分环氧丙酰胺与丙烯酰胺均可在谷胱甘肽-s-转移酶的作用下，同还原型谷胱甘肽(gsh)结合生成环氧丙酰胺/丙烯酰胺-谷胱甘肽结合物。第四步，排泄。丙烯酰胺及其代谢物在人体中主要经尿液排泄。
18.优选的，所述的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型房室结构包含肺泡腔、肺、大脑、肾脏、脂肪、充分灌注室、非充分灌注室、肝脏以及血液循环系统，各房室通过血液循环系统，即动脉血和静脉血，连接在一起。
19.优选的，结合本发明课题组本身的实验数据和已有的文献收集的丙烯酰胺和环氧丙酰胺的复合模型，对各个组织器官房室列出对应的数学微分方程用计算机软件进行模型构建。
20.优选的，本发明选取了血液、尿液、肝脏与肾脏作为重要研究位点，利用丙烯酰胺生理生化模型参数构建了基于位点微分方程的pbtk模型，并将理论模型与实际值进行了关联验证。丙烯酰胺在房室中的含量变化用质量守恒微分方程描述，即：房室内物质单位时间的变化量＝随动脉血流入房室的物质瞬时质量-随静脉血流出该房室的物质瞬时质量 物质在该房室的生成项-物质在该房室的消除项；
21.肝脏中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0022][0023]
其中：
[0024]
dal1/dt—肝脏中aa含量变化(mg/h)；
[0025]
ql
×
(ca1-cvl1)—流进肝脏的血液流量
×
动脉血和静脉血的浓度差；
[0026]
vmax1
×
cvl1/(km1 cvl1)—aa转化为ga的米式方程；
[0027]
vmaxg1
×
cvl1/(kmg1 cvl1)—aa转化为尿液加合物的米式方程；
[0028]
dast/dt—从胃吸收入aa的速率；
[0029]
肾脏中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0030][0031]
肾脏组织中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0032][0033]
尿液中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0034][0035]
从肾脏排出部分含量的变化速率(mg/h)：
[0036][0037]
静脉血液中丙烯酰胺含量变化(mg/h)：
[0038][0039]
红细胞中丙烯酰胺含量变化(mg/h)：
[0040][0041]
优选的，本发明结合课题组本身的实验数据和已有的文献收集的丙烯酰胺和环氧丙酰胺的复合模型生化参数以及组织/血液分配系数，对各个组织器官房室列出对应的数学微分方程用计算机软件进行模型构建。
[0042]
优选的，基于大鼠试验尿液以及血液丙烯酰胺生物标志物数据，调整模型参数，使模型模拟的含量—时间曲线与试验数据尽可能接近。
[0043]
优选的，基于构建的丙烯酰胺pbtk模型，本发明通过检测血液或尿液生物标志物水平，往内可以正确推导出体内脏器的实际暴露值，往外可以通过关联模型推导出体外实际暴露值，能够更加清楚地从生理结构的角度描述丙烯酰胺的代谢动力学过程。
[0044]
本发明还同时提供了利用上述方法构建所得的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型。
[0045]
该模型在食品安全领域的发展前景广阔，甚至有可能逐步代替动物实验成为污染物生态毒理研究的重要手段。
[0046]
与经典的房室模型不同，本发明通过内外关联暴露，以尿液和血液加合物作为标志物，建立了日暴露危害物和剂量响应关系模型。同样由于该模型具有种属外推的特点，可以根据人体生理参数、组织器官分配系数、代谢参数和吸收参数进行模型的参数调整，实现由大鼠到人的模型外推过程，最终得到基于人群的丙烯酰胺生理毒代动力学模型；从而可以客观的评估人群暴露于丙烯酰胺的健康风险，为制定和修正丙烯酰胺日最低限值提供重要工作基础和理论依据。
[0047]
本发明具有以下显著优势：
[0048]
本发明所建立的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型以单剂量丙烯酰胺多次灌胃sd大鼠，模拟日常膳食暴露丙烯酰胺，建立完整的体内丙烯酰胺分布与代谢模型。另一方面，本模型通过结合丙烯酰胺、环氧丙酰胺原体以及尿液和血液生物标志物的综合指标构建丙烯酰胺的代谢动力学过程。并且根据丙烯酰胺尿液/血液暴露标志物pbtk模型参数与相应灌胃剂量进行曲线拟合，我们得到了一个基于pbtk的丙烯酰胺内外暴露关联模型。其模型在食品安全领域的发展前景广阔，甚至有可能逐步代替动物实验成为污染物生态毒理研究的重要手段。
附图说明
[0049]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
[0050]
图1为本发明大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建方法流程图；
[0051]
图2为本发明大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型结构图；
[0052]
图3为本发明实施例中大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型模拟肝脏丙烯酰胺和环氧丙酰胺含量-时间曲线与实测水平图；
[0053]
图4为本发明实施例中大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型模拟肾脏丙烯酰胺和环氧丙酰胺含量-时间曲线与实测水平图；
[0054]
图5为本发明实施例中丙烯酰胺日常外暴露量与其尿液露标志物响应关系模型；
[0055]
图6为本发明实施例中丙烯酰胺日常外暴露量与其血液暴露标志物响应关系模型。
具体实施方式
[0056]
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0057]
本发明中：aa代表丙烯酰胺，ga代表环氧丙烯酰胺。
[0058]
本发明所建立的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型以单剂量丙烯酰胺多次灌胃sd大鼠，模拟日常膳食暴露丙烯酰胺，建立完整的体内丙烯酰胺分布与代谢模型。
[0059]
单剂量丙烯酰胺多次灌胃sd大鼠，具体如下：
[0060]
用丙烯酰胺灌胃大鼠后，收集此后70h的大鼠尿液样本，测定其中的aa、ga及其加合物的浓度。根据多腔室模型，列出各个腔室的微分方程，建立多元微分方程组，绘制方程中的化合物浓度曲线。将该曲线与实际的实验数据点进行拟合，使曲线无限趋近于各个数据点，获得微分方程中的未知参数，利用方程与参数结果，可以将实验结果在一定的范围内进行外推。可以用于内外暴露关联，根据实际摄入量估算体内水平或根据暴露标志物的水平评估化合物的暴露水平。
[0061]
实施例1、一种大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建方法，为急性(单次)暴露；包括以下步骤：
[0062]
一、确定丙烯酰胺在大鼠内吸收、分布、代谢和排泄的动力学过程；
[0063]
二、确定丙烯酰胺在大鼠体内、体外生理毒代动力学模型，确立模型的房室组成结构；
[0064]
三、建立大鼠体内、体外丙烯酰胺含量微分方程；
[0065]
四、收集模型参数：大鼠生理学参数、丙烯酰胺生化参数以及血液-腔室器官含量参数；
[0066]
五、大鼠丙烯酰胺生理毒代动力学模型模拟及参数优化；
[0067]
六、模型拟合效果评价：采用散点图或者相关性分析来评价模型的拟合效果。
[0068]
具体如下：
[0069]
1、具体的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型构建流程见图1，步骤如下：
[0070]
通过文献查找和资料分析确定丙烯酰胺在大鼠体内吸收、分布、代谢和排泄的动力学过程。具体的，所述动力学过程包括：
[0071]
第一步，吸收。丙烯酰胺被人体吸收的途径有很多种，包括消化系统、呼吸系统、皮肤吸收，其中以消化道途径吸收最快。
[0072]
第二步，分布。丙烯酰胺进入到人体后，在体内的各组织中广泛分布，大约90％的
原型丙烯酰胺会被脏器等代谢，仅有少量原型丙烯酰胺通过尿液排出体外。
[0073]
第三步，代谢。丙烯酰胺首先会在肝脏酶系细胞色素p450 2e1酶的作用下，快速转变成环氧化活性物质，即环氧丙酰胺。另一部分环氧丙酰胺与丙烯酰胺均可在谷胱甘肽-s-转移酶的作用下，同还原型谷胱甘肽(gsh)结合生成环氧丙酰胺/丙烯酰胺-谷胱甘肽结合物。
[0074]
第四步，排泄。丙烯酰胺及其代谢物在人体中主要经尿液排泄。
[0075]
2、确定大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型
[0076]
构建大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型结构如图2所示。图2中：左半图为丙烯酰胺(aa)代谢途径，右半图为环氧丙烯酰胺(ga)代谢途径。左右半图中相同名称指同一组织脏器，右半图是丙烯酰胺在肝脏中环氧化后以环氧丙烯酰胺的形式在体内循环代谢。
[0077]
模型房室结构包含肺泡腔、肺、大脑、肾脏、脂肪、充分灌注室、非充分灌注室、肝脏以及血液循环系统，各房室通过血液循环系统，即动脉血和静脉血，连接在一起。
[0078]
说明：根据血流速度可将身体分为充分灌注室(血流快速)和非充分灌注室(血流缓慢)。如肝脏、肾脏、心脏、大脑等为快速灌注区间，皮肤、脂肪、肌肉等为缓慢灌注的组织。
[0079]
图2中的各符号代表的含义为：
[0080]
cv：静脉血中的浓度；
[0081]
ca：动脉血中的浓度；
[0082]
cvi：各组织血液浓度，i代表除肺泡腔和肺之外的其他组织；
[0083]
qc：心输出量；
[0084]
q：组织血流量；
[0085]
b：大脑；
[0086]
k：肾脏；
[0087]
f：脂肪；
[0088]
r：充分灌注室；
[0089]
s：非充分灌注室；
[0090]
l：肝脏；
[0091]
gsh：谷胱甘肽；
[0092]
qalv：肺泡通气量；
[0093]
cinh：吸入空气中的浓度；
[0094]
calv：呼出空气中的浓度。
[0095]
3、建立数学模型，编写微分方程
[0096]
选取了血液、尿液、肝脏与肾脏作为重要研究位点，利用丙烯酰胺生理生化模型参数构建了基于位点微分方程的pbtk模型，并将理论模型与实际值进行了关联验证。丙烯酰胺在房室中的含量变化用质量守恒微分方程描述，即，通用公式为：房室内物质单位时间的变化量＝随动脉血流入房室的物质瞬时质量-随静脉血流出该房室的物质瞬时质量 物质在该房室的生成项-物质在该房室的消除项。
[0097]
具体如下：
[0098]
3.1)、肝脏中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0099][0100]
其中：
[0101]
dal1/dt—肝脏中aa含量变化(mg/h)；
[0102]
ql
×
(ca1-cvl1)—流进肝脏的血液流量
×
动脉血和静脉血中丙烯酰胺的浓度差；
[0103]
vmax1
×
cvl1/(km1 cvl1)—aa转化为ga的米式方程；
[0104]
vmaxg1
×
cvl1/(kmg1 cvl1)—aa转化为尿液加合物的米式方程；
[0105]
dast/dt—从胃吸收入aa的速率。
[0106]
3.2)、肾脏血液中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0107][0108]
dakb1/dt—肾脏血液中aa含量变化(mg/h)；
[0109]
qk
×
(ca1-cvk1)—流进肾脏的血液流量
×
动脉血和静脉血中丙烯酰胺的浓度差；
[0110]
kuaa
×
akb1—肾脏血液排泄aa的速率；
[0111]
kpbk1
×
akb1—肾脏血液结合aa的速率。
[0112]
3.3)、肾脏组织中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0113][0114]
dak1/dt—肾脏组织中aa含量变化(mg/h)；
[0115]
kpbk1
×
akb1—肾脏血液结合aa的速率；
[0116]
kptk
×
ak1/pk1—肾脏结合物的损失速率。
[0117]
3.4)、尿液中丙烯酰胺总量的变化速率(mg/h)：
[0118][0119]
dau1/dt—尿液中aa含量变化(mg/h)；
[0120]
kpbrb1—红细胞中aa的结合率；
[0121]
ag1—肾脏中丙烯酰胺结合谷胱甘肽(aa-gsh)的含量；
[0122]
kuaama—aa-gsh转化为n-乙酰基-s-(2-氨基乙基)-l-半胱氨酸(aama)的一级速率常数。
[0123]
3.5)、从肾脏排出丙烯酰胺结合谷胱甘肽(aa-gsh)含量的变化速率(mg/h)：
[0124][0125]
dag1/dt—肾脏排出aa-gsh含量变化(mg/h)；
[0126]
vmaxg1
×
cvl1/(kmg1 cvl1)—aa转化为aa-gsh的米式方程；
[0127]
ag1
×
kuaama—aa-gsh转化为aama的速率。
[0128]
说明：dak1/dt—肾脏组织中aa含量变化(mg/h)；kpbk1
×
akb1—肾脏血液结合aa的速率；kptk
×
ak1/pk1—肾脏结合物的损失速率。
[0129]
3.6)、静脉血液中丙烯酰胺含量变化(mg/h)：
[0130][0131]
davb1/dt—静脉血液中aa含量变化(mg/h)；
[0132]
cvt
×
qt—经过各组织进入血液循环系统的aa含量变化；
[0133]
qc
×
cv1—aa经肺循环进入动脉血并向各腔室输出的速率；
[0134]
kpbrb1
×
cv1
×
vvb—红细胞结合aa的速率；
[0135]
kpbpl1
×
cv1
×
vvb—血浆结合aa的速率。
[0136]
3.7)、静脉血液中的红细胞中丙烯酰胺含量变化(mg/h)：
[0137][0138]
daaa/dt—红细胞中aa含量变化(mg/h)；
[0139]
kpbrb1
×
avb1—红细胞结合aa的速率；
[0140]
kptrb
×
aaa—红细胞结合物的损失速率。
[0141]
上述公式中缩写的含义如下：
[0142]
at指组织t中的量，cvt指流入静脉血的组织浓度，qt指血液灌注量，kpbt指与组织的结合率，pt指分配系数(丙烯酰胺或环氧丙烯酰胺的组织和血液浓度之比)。ca代表动脉血中化学物质的浓度。在一阶代谢动力学反应中，k指的是一阶速率常数，ku代表肾脏排泄速率，vmax代表最大反应速率，km代表michaelis-menten常数。
[0143]
说明：步骤3所编写的微分方程包含系列参数，其中代谢动力学参数根据下述步骤4表1中的数据拟合得到，并在表2中的数据中进行验证。
[0144]
4、收集大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型参数
[0145]
模型参数主要包括三大类：生化参数、代谢动力学数据以及组织/血液分配系数。本例中大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型参数见下表。
[0146]
说明：表1和表2中用于模型拟合和验证的数据，来源于已有的文献收集或者通过对应的实验获得的。
[0147]
表1、用于丙烯酰胺模型建立的代谢动力学数据
[0148][0149]
aa，丙烯酰胺；ga，环氧丙酰胺；
14
c-aa，放射性同位素
14
c标记的丙烯酰胺；aama，n-乙酰-s-(2-氨基甲酰乙基)-l-半胱氨酸；gama，n-乙酰-s-(2-氨基甲酰-2-羟乙基)-l-半胱氨酸；glyceramide，2,3-二羟基丙酰胺；gsh，谷胱甘肽。
[0150]
表2、用于丙烯酰胺模型验证的代谢动力学数据
[0151]
[0152][0153]
表中相关英文缩略词含义同表1。
[0154]
表3、生化参数
[0155]
[0156][0157]
表4组织/血液分配系数以及代谢动力学数据
[0158]
[0159]
[0160]
[0161][0162]
5、大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型模拟与优化
[0163]
基于大鼠试验数据(表1、表2)，应用berkeley madonna软件参数拟合工具调整模型中多元微分方程的参数，使模型模拟的含量-时间曲线与实际数据尽可能的接近。原始参数条件下，使用大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型模拟大鼠口服摄入1mg/kg.bw丙烯酰胺肝脏、肾脏中丙烯酰胺含量-时间曲线。然后将模型输出结果和实际测试值(均值
±
标准差)进行对比，调节模型参数使得模型模拟曲线最大程度逼近试验数据曲线(图3、图4)。
[0164]
按照上述方法，本发明优化后的模型参数如表4所述。
[0165]
最终设定的模型为：见肝脏和肾脏微分方程。
[0166]
6、大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型应用
[0167]
本发明根据丙烯酰胺血红蛋白加合物的变化速率以及尿液加合物的含量与大鼠灌胃剂量建立日常外暴露丙烯酰胺的大鼠生理毒代动力学模型(图5、图6)。该模型可基于丙烯酰胺外暴露剂量，预测大鼠血液以及尿液丙烯酰胺生物标志物含量水平以及时间变化趋势。该发明一方面明确了丙烯酰胺日暴露量-响应关系；另一方面由于该模型具有种属外推的特点，可以根据人体生理参数、组织器官分配系数、代谢参数和吸收参数进行模型的参数调整，实现由大鼠到人的模型外推过程，最终得到基于人群的丙烯酰胺生理毒代动力学模型；从而可以客观的评估人群暴露于丙烯酰胺的健康风险，为制定和修正丙烯酰胺日最低限值提供重要工作基础和理论依据。
[0168]
图5为：
[0169]
根据丙烯酰胺pbtk模型稳定值与相应灌胃剂量进行曲线拟合建立的。模型输出值选择对应剂量的尿液中的n-乙酰基-s-(2-氨基乙基)-l-半胱氨酸(aama)的或n-(r,s)-乙酰基-s-(氨基甲酰基-2-羟乙基)-l-半胱氨酸(gama)的最大变化速率。
[0170]
图5中，横坐标：丙烯酰胺的日暴露剂量(mg/kg
·
bw/day)；纵坐标：不同丙烯酰胺日暴露剂量所对应的尿液中aama/gama最大变化速率(mg/h)。
[0171]
将不同的剂量信息输入模型，经过模型中微分方程的求解可得到相对应的aama/gama最大变化速率以及血红蛋白(hb)加合物的最大值。例如，输入剂量为1mg/kg
·
bw/day，通过尿液中aama含量变化速率的微分方程得到该剂量下尿液中aama含量随时间的变化曲
线，获取该曲线的最大斜率，即为1mg/kg
·
bw/day剂量下aama的最大变化速率。通过不断改变输入的剂量信息可以得到一系列相对应的aama最大变化速率。将两者进行曲线拟合，即可得到日常外暴露量与其尿液露标志物(aama)的内外暴露关联模型。其他尿液、血液暴露标志物的内外暴露关联模型同理获得。
[0172]
图6为：
[0173]
根据丙烯酰胺物pbtk模型血红蛋白加合物稳定值与相应灌胃剂量进行曲线拟合建立的。模型输出值选择对应剂量的由丙烯酰胺形成的血红蛋白(hb)加合物或由环氧丙烯酰胺形成的血红蛋白(hb)加合物的最大值。
[0174]
图6中，横坐标：丙烯酰胺的日暴露剂量(mg/kg
·
bw/day)；纵坐标：不同丙烯酰胺日暴露剂量所对应的由丙烯酰胺或由环氧丙烯酰胺形成的血红蛋白(hb)加合物的最大值(10-12
mg/mg globin)。
[0175]
此步骤6是根据步骤2、3、4和5所建立的pbtk模型进行的扩展应用，即通过调整模型输入中的剂量信息，再通过建立好的模型输出相应的一系列值并进行拟合。
[0176]
具体如下：
[0177]
将每日暴露剂量梯度为0～30mg/kg
·
bw/day的剂量信息输入步骤5所得的丙烯酰胺pbtk模型，最终获得对应剂量的尿液中aama/gama最大变化速率(mg/h)以及由丙烯酰胺或由环氧丙烯酰胺形成的血红蛋白(hb)加合物的最大值(10-12
mg/mg globin)。即，使用建立好的大鼠丙烯酰胺的生理毒代动力学模型进行模拟每日重复暴露丙烯酰胺的给药方案，以获得对应的尿液和血液生物标志物并与相应灌胃剂量进行曲线拟，得到一个基于pbtk的丙烯酰胺内外暴露关联模型。
[0178]
因此，上述数据能证明本发明确实为理解丙烯酰胺在大鼠体内分布代谢，预测大鼠血液和尿液丙烯酰胺生物标志物含量水平以及时间变化趋势提供了重要的模型工具。以尿液和血液加合物作为标志物建立的日暴露危害物和剂量响应关系模型也为内外暴露关联分析提供了更多的维度，为制定和修正丙烯酰胺日最低限值提供了重要工作基础和理论依据。
[0179]
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。