信息来源：中国人民大学化学与生命资源学院 发布时间：2025年10月30日

从手机到电视，从电脑到车载显示，液晶显示屏几乎无处不在。它带来了高清、轻薄、节能的视觉盛宴，却也悄然释放出一种新的环境风险因子——液晶单体（Liquid Crystal Monomers, LCMs）。

近期，中国人民大学化学与生命资源学院穆云松教授团队与中国环境科学研究院吴丰昌院士团队、美国Baylor大学John P. Giesy教授团队合作，历时两年先后在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（Q1，13.2）和Journal of Hazardous Materials（Q1，11.3）期刊上发表评论综述和研究性文章，综述了近15年潜在新污染物液晶单体的环境行为、毒理机制、生态健康风险研究进展，采用计算毒理学和机器学习方法建立作用机制分类和免疫毒性预测模型，开发用户友好的预测软件（LCMTox），为评估新型显示行业的环境健康风险提供了重要科学依据。

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从“新材料”到“新污染物”：液晶单体的双刃剑

液晶单体是液晶显示屏的关键组分，它们赋予屏幕明亮色彩与快速响应。但随着电子产品更新换代，液晶单体正不断被释放到环境中。如今，它们已在多种环境介质以及人源样本（血液、母乳）中被检测到。研究指出，液晶单体污染的根源在于非正规回收与落后处理工艺。在拆解和焚烧过程中，液晶层易被破坏并释放出大量有机单体，形成“隐形污染源”。其中，氟化液晶单体因 稳定性高、环境持久性强而易在空气颗粒物中富集；而含氰基单体则具有更高的直接毒性、致癌与致突变风险。这两类单体被认为是应优先管控的高风险物种。此外，液晶单体还能通过呼吸、皮肤接触或母乳转移等多途径进入人体，与雌激素受体（ERα）、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARγ）等蛋白结合，引发生理稳态紊乱。而其降解或代谢产物有时比母体更具毒性，表现出“降解后增毒”效应。

图1. 液晶单体的人体暴露途径、体内转运和致毒机理

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揭秘免疫失衡的“分子靶点”

通过整合化学信息学与机器学习方法，研究团队首次提出液晶单体可通过干扰HSD11B111（β-羟类固醇脱氢酶1型）引发免疫失衡。该酶负责将可的松转化为具有免疫抑制作用的皮质醇，是维持免疫平衡的重要节点。通过化学指纹比对与分子对接，研究发现多种液晶单体与已知HSD11B1抑制剂结构高度相似，并能稳定结合于该酶活性口袋，其中含氟和酯基结构尤为关键。若HSD11B1被抑制，皮质酮难以转化为皮质醇，体内炎症信号上升，从而导致免疫失衡甚至慢性炎症风险。这一发现为液晶单体的毒性机制提供了分子级解释，也为环境风险评估指明了新方向。

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AI赋能毒理预测：让风险“可视化”

传统毒理实验周期长、成本高，难以应对上千种液晶单体的评估需求。为此，研究团队引入图神经网络模型（Graph Neural Network, GNN），将液晶单体的分子结构转化为图形数据，并结合分子动力学计算得到的HSD11B1结合能进行监督训练，构建了免疫毒性预测模型。该模型能够学习分子结构与蛋白结合特征之间的规律，预测结果与分子对接高度一致，成功识别出与氨基酸残基发生关键作用的原子或子结构（图2）。模型解释性分析显示，含氟原子的芳环与酯基氧原子是影响免疫毒性的关键结构特征。为让研究成果服务更广领域，团队还开发了在线预测平台LCMTox（https://lcmtox.cn）。使用者只需输入化学结构式（SMILES），即可获得液晶单体的免疫毒性预测值及关键结构位点的可视化结果，为新型液晶材料的风险筛查和设计优化提供了数据支撑（图3）。

图2. 图神经网络用于液晶单体免疫毒性识别与预测

图3. 开发LCM毒性在线预测平台

这项研究不仅揭示了液晶单体的环境健康风险机制，也展示了人工智能在化学品安全评估中的巨大潜力。未来，团队将持续开展液晶单体的多种内分泌干扰效应和通路水平分子毒理机制研究，开发具有自主知识产权的数据库和软件，支撑政府环境管理决策和绿色技术革新。

该研究工作的第一作者为中国人民大学化学与生命资源学院博士生程佳威。