水生毒性预测：Aquatic Toxicity LC50 模块
由于某些水生毒性化学品具有其他健康危害性，人群通过饮用水等途径摄入这些化学污染物质，可能会引起中毒或者对人类生殖系统、免疫系统、内分泌系统和/或神经系统造成损害，致癌，甚至导致死亡。
01 Percepta水生毒性预测模块
02 模块概述
水生毒性化学物质通过水生环境暴露会对自然水体中的鱼类、溞类和藻类等水生生物造成危害，甚至中毒死亡。
Percepta的水生毒性模块为研究人员提供精准可靠的预测工具，可作为根据REACH法规要求对新化学物质的鱼类、水蚤和原生动物毒性进行初步评估的有效手段。该模块可作为初步筛选工具，有望减少甚至部分替代耗时耗资源的动物实验。
03 核心功能
04 黑头呆鱼
- Pimephales promelas
- 预测参数：半数致死浓度(LC50)
- 单位：mg/L
05 大型溞
Daphnia magna
预测参数：半数致死浓度(LC50)
单位：mg/L
06 梨形四膜虫
- Tetrahymena pyriformis
- 预测参数：半数抑制生长浓度(IGC50)
- 单位：mg/L
可靠性指数(RI)：定量评估预测置信度，RI值高表示预测准确，RI值低提示训练集中缺乏相似化合物
相似结构比对：展示训练集中5个最相似结构的实验毒性数据及相似度
07 模型数据基础
- 测试生物训练集化合物数量数据来源
- 黑头呆鱼约900种水生毒性实验数据
- 大型溞约600种水生毒性实验数据
- 梨形四膜虫约1100种水生毒性实验数据
08 重要安装说明
- 若您是在旧版本基础上升级安装Percepta：
- 程序会尝试保留水生毒性模块中的自定义配置
- 自定义配置不包含2024版新增的扩充内置库
- 如需使用新库，需手动配置：
- 大型溞LC50 (D. magna) v1.3（只读）
梨形四膜虫IGC50 (T. pyriformis) v1.1（只读）
全新安装将自动选择新库，无需额外操作。
09 功能界面
计算结果以表格形式呈现。每一行都设有专门的 “配置（Configure）” 按钮、“训练（Train）” 按钮以及 “QPRF” 按钮。“配置” 按钮和 “训练” 按钮用于为特定物种选择训练库并向该库添加新数据 ；“QPRF” 按钮用于生成 PDF 格式的 QPRF 报告。预测针对三种最常用于测试的水生生物展开，即黑头呆鱼（Pimephales promelas ）、大型溞（Daphnia magna ，水蚤的一种 ）和梨形四膜虫（Tetrahymena pyriformis ，一种纤毛虫类原生动物 ）。
预测值为所分析化合物对特定生物的半数致死浓度（LC50）或半数抑制生长浓度（IGC50），单位以 mg/L 表示 。
预测结果配有取值范围为 0 - 1 的可靠性指数（Reliability Index，RI ），用于对预测可信度进行内在评估：
- RI < 0.3 —— 不可靠
- RI 在 0.3 - 0.5 区间 —— 临界可靠性
- RI 在 0.5 - 0.75 区间 —— 中等可靠性
- RI ≥ 0.75 —— 高可靠性
展示训练集中最多 5 种最相似化合物的名称、CAS 编号以及实验测得的 LC50/IGC50 数值 。
点击选项卡，可浏览针对不同物种的相似结构 。
该模块从数据管理、毒性快速初筛、可信度把控到结构 - 毒性关系挖掘，全方位支撑环境毒理研究的前期筛查、风险预判和机制探索，助力高效开展新化学物质生态风险评估，减少实验动物依赖，推动环境毒理研究的精准化、高效化发展 。
10 Percepta水生毒性预测模块技术文档
11 计算定量参数
水生毒性的标准衡量指标是化合物在水中致使50%暴露生物死亡的浓度（半数致死浓度，LC50）。对于原生动物，终点指标不是致死性，而是对细胞生长的50%抑制浓度（半数抑制生长浓度，IGC50）。
为与结构性质建立线性关系，建模时数据转换为对数形式（pLC50/pIGC50），但最终预测结果会转换回原始的LC50/IGC50数值（单位为mg/L）。
12 实验数据基础
用于开发预测模型的实验数据收集自美国环保署(EPA)参考数据库以及原始出版物。经全面验证后，最终数据集包含：
测试生物化合物数量拉丁学名
黑头呆鱼约900种Pimephales promelas
大型溞约600种Daphnia magna
梨形四膜虫约1100种Tetrahymena pyriformis
13 模型特点与预测准确性
14 GALAS建模方法
采用GALAS（全局-局部相似度适配）方法构建预测模型（详见文献[1]）：
全局统计模型：反映毒性变化的总体趋势
局部相似度校正：基于最相似化合物的实验数据调整预测
15 可靠性评估
可靠性指数(RI) 0-1范围
- RI ≥ 0.5：高/中等可靠性预测
- RI < 0.3：超出模型适用域
- RI计算考虑：
- 与训练集分子的相似度
- 实验值与基准预测的一致性
16 预测准确性验证
当仅考虑中等及高度可靠性（RI ≥ 0.5）的预测时，水生生物LC50预测结果的均方根误差(RMSE)为0.5-0.6对数单位。验证集中30%-60%的化合物可获得高/中等RI值。
- 黑头呆鱼（P. promelas）LC50预测验证结果：
- RI阈值验证集覆盖率R²RMSE
- > 0.385.7%0.6560.797
- > 0.559.4%0.7950.501
- > 0.728.0%0.8800.363
更多关于建模原理和验证结果的信息请查阅文献[2]。
参考资料
1. Sazonovas A, Japertas P, Didziapetris R. Estimation of reliability of predictions and model applicability domain evaluation in the analysis of acute toxicity (LD50). SAR QSAR Environ Res. 2010 Jan 1;21(1):127-48. doi: 10.1080/10629360903568671. PMID: 20373217.
2. https://perceptahelp.acdlabs.com/docs/Aquatic_Tox.pdf