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文檔簡(jiǎn)介
1、飲用水消毒是保證城市供水安全的的重要步驟,但飲用水在消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量消毒副產(chǎn)物(disinfection by-products,DBPs)。研究表明,一些DBPs具有明顯的致突變性和遺傳毒性,或者致癌性。至今已發(fā)現(xiàn)的DBPs超過(guò)600種,除了氯消毒會(huì)生成DBPs,采用臭氧、氯胺、二氧化氯等消毒方式也會(huì)產(chǎn)生大量DBPs。在日常生活中,人群對(duì)DBPs的暴露呈現(xiàn)長(zhǎng)期性、暴露方式多樣性、多種DBPs混合暴露的特點(diǎn)。運(yùn)用流行病學(xué)或者慢性哺乳
2、動(dòng)物致癌試驗(yàn)等方法,評(píng)價(jià)眾多DBPs混合暴露對(duì)人群健康的影響,在現(xiàn)有的技術(shù)條件下還難以實(shí)現(xiàn)。因此,構(gòu)建一套短期遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)檢測(cè)體系,對(duì)飲用水中DBPs混合暴露的遺傳毒性進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
目的:以單細(xì)胞凝膠電泳試驗(yàn)(single cell gel electrophoresis assay,SCGE)為核心技術(shù),以人類(lèi)來(lái)源的肝腫瘤細(xì)胞(human-derived hepatoma line,HepG
3、2)為靶細(xì)胞,組成SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng),對(duì)飲用水中普遍存在且對(duì)人類(lèi)健康威脅較大的5類(lèi)共15種DBPs的遺傳毒性進(jìn)行分析和比較,評(píng)估該測(cè)試系統(tǒng)的檢驗(yàn)效能和敏感性;運(yùn)用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)對(duì)氯化消毒前后水樣提取物的遺傳毒性特征及影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)分析;探討該測(cè)試系統(tǒng)在飲用水安全性評(píng)價(jià)體系中的可行性,為其納入飲用水安全評(píng)價(jià)體系提供實(shí)驗(yàn)依據(jù);應(yīng)用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合氧化損傷標(biāo)志,探討DBPs引起靶細(xì)胞遺傳毒性損傷的機(jī)制
4、。
方法:
1、應(yīng)用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)15種DBPs對(duì)HepG2細(xì)胞DNA損傷的作用。15種DPBs包括4種三鹵甲烷、6種鹵乙酸、3種鹵乙腈、1種呋喃酮和1種醛類(lèi)。每種DBP均設(shè)計(jì)5個(gè)染毒劑量,染毒劑量范圍為0.001-10000μmol/l,同時(shí)設(shè)溶劑對(duì)照、陽(yáng)性對(duì)照和空白對(duì)照。染毒時(shí)間均為4小時(shí)。采集細(xì)胞DNA遷移圖,應(yīng)用CASP軟件分析采集的圖像,尾部DNA含量、尾長(zhǎng)和Oliver尾矩值作為
5、判斷細(xì)胞DNA損傷強(qiáng)度的指標(biāo)。
2、應(yīng)用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)評(píng)價(jià)水體樣本的遺傳毒性效應(yīng)。分別于2009年的枯水期和豐水期,采集武漢市以長(zhǎng)江和漢江為水源的兩個(gè)水廠的原水、經(jīng)氯化消毒處理后的出廠水以及管網(wǎng)末梢水。采用XAD-2大孔樹(shù)脂對(duì)水樣進(jìn)行濃縮提取。應(yīng)用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)分析水樣提取物的遺傳毒性效應(yīng),同時(shí)分析水中DBPs的含量。水樣提取物設(shè)為4個(gè)染毒濃度,分別相當(dāng)于1.2、6、30及150ml水樣/ml培
6、養(yǎng)液,染毒時(shí)間為24小時(shí)。水中DBPs含量分析采用頂空毛細(xì)管柱氣相色譜法。
3、SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)結(jié)合氧化損傷標(biāo)志探討DBPs的遺傳學(xué)損傷機(jī)制。選擇消毒副產(chǎn)物水合氯醛(chloral hydrate,CH)為目標(biāo)物,采用慢性細(xì)胞毒性試驗(yàn),檢測(cè)CH致HepG2的細(xì)胞毒性,計(jì)算細(xì)胞毒性潛力值。在含有或者不含抗氧化劑過(guò)氧化氫酶(Catalase)/或丁基羥胺茴香醚(Butyl hydroxylamine Anisole
7、,BHA)的條件下,用SCGE/HepG2測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)CH對(duì)HepG2細(xì)胞的遺傳學(xué)損傷效應(yīng)。測(cè)定CH染毒后的細(xì)胞內(nèi)活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)、丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)和還原型谷胱甘肽(Glutathione,GSH)的含量;CH染毒系列分別為7.8125、15.625、31.25、62.5、125、250、5
8、00和1000μmol/l;染毒時(shí)間分別為4和24小時(shí)。
結(jié)果:
第一部分結(jié)果:根據(jù)引起HepG2細(xì)胞DNA明顯損傷的最低濃度,將DBPs遺傳毒性的強(qiáng)弱按類(lèi)別排序如下:①4種三鹵甲烷:一溴二氯甲烷(bromodichloromethane,BDCM)>一氯二溴甲烷(dibromochloromethane,DBCM)>溴仿(tribromomethane,TBM)>氯仿(trichloromethane,TC
9、M);②6種鹵乙酸:碘乙酸(iodoacetic acid,IA)>溴乙酸(bromoacetic acid,BA)>二溴乙酸(dibromoacetic acid,DBA)>二氯乙酸(dichloracetic acid,DCA)>三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCA),氯乙酸(chloroacetic acid,CA)無(wú)明顯的DNA損傷作用;③3種鹵乙腈:二溴乙腈(dibromoacetonitrile,DBN
10、)≈二氯乙腈(dichloroacetonitrile,DCN)>三氯乙腈(trichloroacetonitrile,TCN);④屬于呋喃類(lèi)的3-氯-4-二氯甲基-5-羥基-2(5氫)-呋喃酮(3-chloro-4-(dichloromethyl)-5-hydroxy-2(5H)-furanone,MX)≈ TCA;⑤而屬于醛類(lèi)的CH ≈ DCA。在15種DBPs中,鹵乙酸類(lèi)的IA對(duì)細(xì)胞DNA的損傷作用最強(qiáng),BA次之。SCGE/Hep
11、G2測(cè)試系統(tǒng)可檢測(cè)出14/15種DBPs的遺傳毒性,僅鹵乙酸類(lèi)的CA在測(cè)試系統(tǒng)中未顯示出遺傳毒性。
第二部分結(jié)果:①漢江、長(zhǎng)江水樣中均檢出TCM和BDCM,二者在消毒后水樣中的含量均高于原水,且在枯水期漢江水樣中的含量高于同期長(zhǎng)江水樣;②與溶劑對(duì)照相比,漢江水源原水、出廠水、管網(wǎng)末梢水提取物主要在中、高濃度時(shí)(30、150ml/ml)誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞DNA損傷明顯增加(P<0.05或P<0.01);與同濃度原水相比,豐水
12、期漢江水源出廠水提取物在低、中、高濃度(6、30、150ml/ml),以及管網(wǎng)末梢水提取物在低濃度(1.2、6ml/ml),引起DNA損傷明顯增加;③與溶劑對(duì)照相比,長(zhǎng)江水源原水、出廠水和管網(wǎng)末梢水提取物主要在中、高濃度(30、150ml/ml)誘導(dǎo)HepG2細(xì)胞DNA損傷明顯增加(P<0.05或P<0.01);與同濃度原水相比,枯水期長(zhǎng)江水源出廠水提取物和豐水期管網(wǎng)末梢水提取物在高濃度(150ml/ml),引起DNA損傷明顯增加(P<
13、0.05或P<0.01);④不論是漢江水源還是長(zhǎng)江水源,枯水期水樣提取物誘導(dǎo)的HepG2細(xì)胞OTM值均高于豐水期(P<0.05或P<0.01);⑤不論是枯水期還是豐水期,漢江水源水樣提取物誘導(dǎo)的HepG2細(xì)胞OTM值均高于長(zhǎng)江水源(P<0.01)。
第三部分結(jié)果:①消毒副產(chǎn)物CH引起HepG2細(xì)胞的%C1/2值為2.36×10-3 mol/l;②BHA或者Catalase單獨(dú)染毒均未引起HepG2細(xì)胞的DNA損傷,40 μ
14、mol/l的CH單獨(dú)染毒可使HepG2細(xì)胞的DNA損傷明顯增加。不同濃度的BHA或Catalase與40 μmol/l的CH聯(lián)合染毒時(shí),DNA損傷較之CH單獨(dú)染毒明顯降低(P<0.001);③在染毒4小時(shí)的條件下,CH濃度達(dá)500μmol/l以上時(shí),HepG2細(xì)胞內(nèi)ROS生成量明顯增加、GSH含量明顯下降(P<0.05或P<0.01),但MDA和SOD含量沒(méi)有明顯的影響;④在染毒24小時(shí)的條件下,CH濃度達(dá)125μmol/l以上時(shí),He
15、pG2細(xì)胞內(nèi)ROS生成量明顯增加、GSH含量顯著下降(P<0.05或P<0.01);高濃度的CH(1000μmol/l)可引起細(xì)胞內(nèi) MDA生成量上升和SOD含量下降(P<0.05);⑤相關(guān)分析表明,CH誘導(dǎo)的ROS含量的變化與GSH和SOD含量的變化呈負(fù)相關(guān)(P<0.05或P<0.01)、與MDA含量的變化呈正相關(guān)(P<0.01);GSH含量的變化與MDA含量變化呈負(fù)相關(guān)(P<0.01)、與SOD含量變化呈正相關(guān)(P<0.01);MD
16、A含量的變化與SOD含量變化呈負(fù)相關(guān)(P<0.01)。
結(jié)論:
(1)5類(lèi)共15種DBPs中,鹵乙酸類(lèi)對(duì)HepG2細(xì)胞的DNA損傷作用最強(qiáng)。DBPs對(duì)細(xì)胞DNA的損傷作用還因取代基而不同,碘代DBP的DNA損傷作用高于溴代DBP,溴代DBP對(duì)DNA的損傷作用則高于氯代DBP。
(2)氯化消毒增加了地表水的遺傳毒性;水樣提取物的遺傳毒性受到水文期和水源因素的影響,枯水期水樣提取物遺傳毒性高于豐水期
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