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编号:10236223
应用小鼠整体试验对自来水中有机污染物潜在危害的评价
http://www.100md.com 《中华预防医学杂志》 1999年第3期
     作者:吴坤 宋春华 刘芳 陈波林

    单位:吴坤 宋春华 刘芳 陈波林 (150001 哈尔滨医科大学公共卫生学院)

    关键词:危害物质;给水;染色体畸变;免疫性;氧化还原酶类;细胞色素P-450

    应用小鼠整体试验对自来水中有机污染物潜在危害的评价 摘要 目的 了解在哺乳动物整体试验中自来水有机浓集物对机体的损害作用。方法 用XAD-2树脂吸附自来水中有机污染物,采用灌胃或腹腔注射的途径对小鼠进行染毒,测定了骨髓嗜多染红细胞微核率、睾丸染色体畸变率,免疫功能指标及肝脏S9组分的乙氧基异吩恶唑O-脱乙基酶(EROD)活性。结果 在高剂量(相当200 L/kg自来水,3天)染毒条件下, 微核率和睾丸染色体畸变率分别增加1.7倍和3.5倍;而在低剂量(相当6 L/kg自来水,14天)条件下,机体的体液免疫和非特异性免疫功能明显受到抑制;此外自来水有机浓集物还可明显诱导EROD活性,且有良好的剂量依赖关系。结论 自来水有机浓集物可引起小鼠体细胞及生殖细胞的染色体损伤,免疫功能下降,并可诱导肝脏微粒体细胞色素P448活性,提示自来水有机浓集物对哺乳动物可能具有一定的潜在致癌危险性。
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    Evaluation of Potential Harmful Effects of Organic Pollutants in Tap Water on Mice in Vivo

    WU Kun, SONG Chunhua, LIU Fang, et al.

    School of Public Health, Harbin Medical University, Harbin 150001

    Abstract Objective To study the harmful effects of organic concentrates from tap water on mammal animals in vivo. Methods Organic pollutants were absorbed with resin XAD-2 from tap water and administered the mice via a stomach tube or intraperitoneal injection. Micronucleus rate in bone marrow polychromatic erythrocytes, testicular chromosome aberration rate, indices for immune functions and the activity of ethoxyresourufin o-deethylase (EROD)in S9 fraction of the liver were determined. Results Micronucleus rate and chromosome aberration rate increased by 1.7 and 3.5 folds, respectively, after administration of high dose of organic pollutants from the tap water(200 liters of tap water per kilograms of body weight)for three days. Humoral immunity and non-specific immune functions were obviously inhibited after administration of low-dose (6 L/kg). In addition, organic concentrates from tap water also could significantly induce the activity of EROD, with a good dose-dependent relationship. Conclusion Organic concentrates from tap water could cause chromosome damage to somatic and germ cells and decrease in immune functions in the mice, as well as they could induce the activity of cytochrome P448 in the liver microsome. It suggested that organic pollutants concentrated from tap water had potential carcinogenic effects on mammal animals.
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    Key words Hazardous substances Water supply Chromosome aberrations Immunity Oxidoreductases Cytochrome P-450

    目前研究表明,以地面水为水源,经氯化消毒处理的自来水具有致突变性[1],并且其致突变性在逐年增强。 以H市自来水为例,1986年平均3 L自来水中的有机浓集物Ames 试验结果阳性, 而1996年平均1 L自来水中的有机浓集物即可出现相同的结果[2]。自来水中有机浓集物的致突性已成为令人瞩目的卫生问题。国内外有关研究资料绝大部分来自体外测试系统,但自来水中有机浓集物对人体的实际危害是不可能完全由体外测试系统来推论的。为此,我们进行了一些哺乳动物的整体试验,旨在进一步估价自来水中有机浓集物对机体的潜在危害。

    材料与方法

    一、试剂
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    XAD-2树脂为Sigma公司产品,乙氧基异吩恶唑和异吩恶唑由澳大利亚悉尼大学Stacey NH博士惠赠,其他化学试剂均为市售分析纯试剂。

    二、水样处理

    水样为H市普通自来水管道水,通过XAD-2 树脂柱吸附水中有机污染物,用二次重蒸乙醚洗脱吸附柱,KD浓缩器浓缩至干,分别用色拉油或二甲基亚砜(DMSO)溶解、定容备用。

    三、动物试验

    昆明种小白鼠由黑龙江省肿瘤研究所实验动物中心提供。体重28~32 g(免疫毒性试验中动物体重20~24 g)。每项试验均选雄性动物40只,随机分成4组,每组10只。

    1.小鼠骨髓嗜多染红细胞(PCE) 微核试验和睾丸染色体畸变分析:剂量分别相当于50 L/kg和200 L/kg的自来水中有机浓集物,以色拉油为溶剂,按1%灌胃容积灌胃染毒,每日1次,连续3日。阴性对照组投予等容积色拉油。阳性对照组动物两次腹腔注射环磷酰胺(40 mg/kg),间隔24小时。各组动物均取5只在末次染毒同时腹腔注射0.04%秋水仙素4 mg/kg。 6小时后,同时取股骨和睾丸,分别按常规方法进行骨髓PCE 微核试验和睾丸精母细胞染色畸变分析。
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    2.免疫毒性试验:剂量分别相当于6 L/kg和18 L/kg的自来水中有机浓集物,连续灌胃2周。阴性对照组灌胃等容积色拉油。 阳性对照组在试验的第12天和13天腹腔注射环磷酰胺30 mg/kg。 按常规方法分别进行溶血空斑试验、迟发变态反应检测和腹腔巨噬细胞吞噬试验。

    3.肝微粒体酶试验:剂量分别相当于10 L/kg、50 L/ kg 和100 L/kg的自来水有机浓集物,以DMSO为溶剂,按1%容积每日腹腔注射1次,连续2日。对照组动物腹腔注射等容积DMSO, 末次染毒后24小时处死动物。在0~4℃条件下制备肝匀浆,经9×103离心20分钟,取上清液为S9组分,分装后保存在-80℃备用。 按改良Chaykin法(1966年)测定S9蛋白质含量。按Prough等[3]介绍的方法测定乙氧基异吩恶唑O-脱乙基酶(ethoxyresorufin O-decthylase,EROD)活性。
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    四、统计

    骨髓微核试验结果用Poisson u检验, 睾丸染色体畸变分析数据用χ2检验,免疫学检测结果和EROD活性采用方差分析及均数t检验。

    结果

    1.小鼠骨髓PCE微核率及睾丸染色体畸变率:在相当200 L/kg自来水中有机浓集物剂量染毒条件下,小鼠骨髓PCE 微核数明显增高(表1),约为对照组的1.7倍。同剂量下睾丸染色体畸变数升高为对照组的3.5倍(表2),在低剂量(50 L/kg)条件下与阴性对照组差异有显著性,表明自来水有机浓集物对小鼠体细胞及生殖细胞染色体均有损伤作用。

    表1 自来水有机浓集物对小鼠骨髓PCE微核率的影响

    组别

    剂量
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    (L/kg)

    受检PCE数(个)

    微核数

    微检率(‰)

    色拉油组

    10 ml/kg

    10 000

    27

    2.7

    自来水组

    50

    10 000

, http://www.100md.com     38

    3.8

    自来水组

    200

    10 000

    47

    4.7*

    环磷酰胺组

    40 mg/kg

    10 000

    365

    36.5**

, http://www.100md.com     自来水有机浓集物剂量所相当的自来水量,*与阴性对照组相比P<0.05,**与阴性对照组相比P<0.01 表2 自来水有机浓集物对小鼠睾丸染色体畸变率的影响

    (500个受检细胞)

    组别

    剂量

    (L/kg)

    性染色体

    早熟分离数

    常染色体

    早熟分离数

    断裂
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    数

    总畸变

    数

    总畸变

    率(%)

    色拉油组

    10 ml/kg

    10

    1

    0

    11

    2.2

    自来水组
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    50

    16

    8

    1

    25*

    5.0

    自来水组

    200

    24

    14

    0

    38**

    7.6
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    环磷酰胺组

    40 mg/kg

    20*

    24**

    0

    44**

    8.8

    自来水有机浓集物剂量所相当的自来水量,*与阴性对照组比较P<0.05,**与阴性对照组比较P<0.01

    2.小鼠免疫功能检测:表3结果表明随自来水有机浓集物染毒剂量增加,小鼠溶血空斑值明显下降,说明自来水中有机浓集物对小鼠脾脏的抗体生成细胞有明显抑制作用。在迟发变态反应试验中,除阳性对照组外,其他各组动物左右后足跖部厚度差值之间差异无显著性,说明在本试验条件下,自来水有机浓集物对小鼠细胞免疫功能没有影响。但在小鼠腹腔巨噬细胞吞噬试验中(表4),各试验组吞噬百分率和吞噬指数都有所下降,均与阴性对照组差异有极显著性,说明自来水有机浓集物对小鼠非特异性免疫功能有明显抑制作用。
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    表3 自来水有机浓集物对小鼠溶血空斑值的

    影响(t01.gif (89 bytes)±s)

    组别

    染毒剂量

    (L/kg)

    平皿数(个)

    溶血空斑值

    (10-6个细胞)

    色拉油组

, 百拇医药     10 ml/kg

    9

    234.0±13.17

    自来水组

    6

    9

    126.0±17.07**

    自来水组

    18

    9

    95.3±10.16**

    环磷酰胺组
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    30 mg/kg

    9

    44.4±64.6**

    自业水有机浓集物剂量所相当的自来水量,**与阴性对照组相比P<0.01

    表4 自来水有机浓集物对小鼠腹腔巨噬细胞

    吞噬功能影响(t01.gif (89 bytes)±s)

    组别

    染毒剂量
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    (L/kg)

    吞噬百分率(%)

    吞噬指数

    色拉油组

    10 ml/kg

    74.70± 9.87

    1.27±0.13

    自来水组

    6

    56.38± 6.06**

    0.73±0.13**
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    自来水组

    18

    51.23±10.02**

    0.64±0.13**

    环磷酰胺组

    30 mg/kg

    47.63± 5.47**

    0.55±0.14**

    自来水有机浓集物剂量所相当的自来水量,**与阴性对照组相比P<0.01

    3.小鼠S9组分EROD活性测定:EROD活性明显升高,在相当于50 L/kg自来水剂量条件下EROD活性与阴性对照组有明确的剂量效应关系(表5)。
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    表5 自来水有机浓集物对小鼠肝S9组分

    EROD活性的影响(t01.gif (89 bytes)±s)

    组别

    剂量(L/kg)

    EROD活性

    (mmol/min.mg蛋白-1)

    DMSO组

    1 ml/kg
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    0.0438±0.0095

    自来水组

    10

    0.0429±0.0080

    自来水组

    50

    0.0537±0.0073*

    自来水组

    100

    0.0730±0.0237**

    自来水有机浓集物剂量所相当的自来水量,*与对照组相比P<0.05,**与对照组相比P<0.01
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    讨论

    本实验室曾多次对本地区自来水的致突变性进行检测,所做的Ames试验、人外周血淋巴细胞SCE试验及SHE细胞体外转化试验均获得阳性结果[4-6]。本试验在相当200 L/kg自来水的有机浓集物染毒条件下,小鼠骨髓PCE微核率明显增高, 而在小鼠睾丸染色体畸变分析中,50 L/kg剂量下出现阳性结果表明,生殖细胞比体细胞对自来水中有机污染物更为敏感,在相同剂量下可能首先受到损害。

    通过免疫毒性检测,可见自来水中有机浓集物对小鼠免疫功能也有一定损害作用,主要是抑制机体的体液免疫和非特异性免疫功能。

    本试验结果还表明,自来水中有机浓集物可诱导小鼠肝脏S9组分EROD活性。该酶为细胞色素P448的特异性标志酶[7], 说明自来水中有机浓集物可诱导哺乳动物肝脏细胞色素P448活性。以往资料表明,细胞色素P448主要是化学物在体内代谢活化过程中促进其构相受阻区(conformationally hindered position)的氧化作用,而在这样位置所形成的环氧化物是某些具有去毒作用的酶所不能接受的基质,因此不能被这些酶代谢解毒而形成比母体化学物毒性更强的反应中间产物、近致癌物或终致癌物[8]。Ioannides和Parke[9]曾指出,在恶性病变组织中细胞色素P448含量升高是恶性细胞生长的早期指征。我们在以前的研究中曾比较了9种苯胺衍生物对大鼠肝微粒体EROD活性的诱导能力,结果和这些化学物的致突变性及致癌潜力均有极好的相关[10],提示化学物对哺乳动物肝脏细胞色素P448活性诱导的能力是与其本身致癌潜力有关的。Liimatainen等[11]曾首次报道了氯化处理后饮水中有机浓集物对EROD活性诱导和其诱变作用之间的相关性,而在本研究中自来水有机浓集物明显地诱导了小鼠肝脏S9组分细胞色素P448活性,表明本地区自来水有机浓集物可能具有一定的致癌潜力。另外本地区居民肿瘤死亡多因素分析结果也表明,饮用水源为江水的自来水是居民肿瘤死亡率增高的主要因素之一[12],这更加说明当前所饮用自来水中的有机污染物对人体健康具有一定的潜在危害,应尽快采取有效措施来减少水源污染和改进饮水卫生质量。
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    参考文献

    1 谢雄,吴坤,陈波林.不同净水措施生产的自来水致突变性研究.癌变 畸变 突变,1991,3:37-39.

    2 甘卉芳,陈波林,周晓蓉.煮沸后自来水有机浓集物诱变性的变动.环境与健康杂志,1996,13:78-79.

    3 Prough RA, Burke MD, Mayer RT. Direct fluorometric methods for measuring mixed function oxidase activity. Methods Enzymol,1978,52:372-377.

    4 甘卉芳,段秀珍.某市自来水有机浓集物的致突变性研究.中华预防医学杂志,1988,22:7-9.

    5 甘卉芳,吴坤,李百祥,等.H市自来水有机污染浓集物诱变性特征及其影响的研究.环境与健康杂志,1996,13:74-77.
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    6 甘卉芳,李百祥,吴坤,等.不同类型贮水箱提供的自来水有机浓集物致突变性比较.环境与健康杂志,1998,15:12-15.

    7 Guengerich FP ,Dannan ST, Wright ST, et al. Purification and characterization of microsomal cytochrome P-450s. Xenobiotica,1982,12:701-716.

    8 Parke DV.Survey of drug-metabolizing enzymes. Biochem Soc Trans,1983,11:457-458.

    9 Ioannides C, Parke DV. The cytochromes P-448- a unique family of enzymes involved in chemical toxicity and carcinogenesis. Biochem Pharma-col,1987,36:4197-4207.
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    10 Wu K, Bonin AM, Leslie CL, et al. Genotoxicity and effects on rat liver drug-metabolizing enzymes by possible substitutes for 4, 4′-methylene bis (2-chloroaniline).Carcinogenesis,1989,10:2119-2122.

    11 Liimatainen A, Muller D, Vertiainen T, et al. Chlorinated drinking water is mutagenic and causes 3-methylcholanthrene type induction of hepatic monooxygenase.Toxicology,1988,51:281-289.

    12 朱振岗.某市恶性肿瘤死亡率增高与饮用水水质污染关系的研究.环境与健康杂志,1994,1:3-6.

    收稿日期:1998-05-29 修回日期:1998-08-20, http://www.100md.com