吸煙致重金屬集聚及 DNA損傷的探討

歐陽馳,陳曉嵐,李石旺,劉科峰,莫艷秀,湯銀娟

習慣性吸煙對人體健康的有害作用已人所共知,香煙的成分以及其燃燒所產生的煙霧使人體持續暴露于大量外來性異質中,這之中就包含有細胞毒性作用的重金屬,常見的有汞、鎘、鉛等[1-2]。這些重金屬在體外實驗中均可引起基因突變和DNA斷裂損傷,DNA損傷的特異產物是8-羥基脫氧鳥苷 (8-OHd G),它在體內穩定存在,一旦形成不再被機體進一步代謝,能用來反映氧化應激相關癌癥發生的危險性[3]。有關吸入香煙內重金屬是否引起人體 DNA的損傷,以及與吸煙者吸煙指數之間的相互關系目前仍不清楚。在本試驗中,我們將測定吸煙大學生血漿重金屬及 DNA損傷的變化,以及這些變化與吸煙時間、吸煙數量之間的效應關系。為臨床診療及預防提供理論基礎及新思路。

1 對象與方法

1.1 研究對象 2008年 6月隨機選擇 94例健康的湘南學院在校大學三年級男生為研究對象。按衛生部全國吸煙抽樣調查標準[4]分為吸煙組和非吸煙組,吸煙組 74例,年齡 20～23歲,平均 21.8歲,吸煙年限15個月 ～7年,煙齡平均為 3.3年,按照吸煙量及吸煙習慣分成兩組:E1組43例,年齡 20～23歲,平均 22.3歲,吸煙量≤20支/周,吸煙年限 15個月 ～4年,煙齡平均為 2.3年,一直有吸煙行為,但不是每天都吸煙;E2組 31例,年齡 20～23歲,平均 21.2歲,吸煙量 ＞20支/周,吸煙年限 3～7年,煙齡平均為4.5年,每天都有吸煙行為。非吸煙組(C組)20例,無吸煙史,年齡 20～23歲,平均 22.1歲。

表 1 吸煙對血漿汞、鎘、鉛及 8-OHdG含量影響 (x±s)Table 1 The mercury(Hg),cadmium(Cd),lead(Pb)and 8-OHdG levels in the plasma of cigarette smokers and non-smokers

1.2 方法

1.2.1 標本采集 清晨空腹抽取靜脈血8 ml,加肝素抗凝,低溫 4℃,1 500×g離心 15 min,離心后分離血漿,-80℃保存待測。

1.2.2 重金屬含量的測定 用原子吸收光譜法測定血漿中重金屬 (汞、鎘、鉛)含量。

1.2.3 8-OHdG的測定 用酶聯免疫法測定血漿中 8-OHdG含量。試劑購自武漢中美科技有限公司。

1.2.4 試劑與儀器 實驗用優級純、分析純、標準液均購自國家標準物質中心,AASVario-6型石墨爐原子吸收光譜儀(德國博世公司),AFS-2820型酶標儀(日本島津公司),CL-55型低溫冷凍離心機 (湘儀離心機廠),實驗用水為雙蒸水。

1.3 觀察指標 血漿中汞、鎘、鉛、8-OHd G含量及吸煙指數 (煙齡 ×每周吸煙支數,單位為年支)[5]及它們之間的直線相關分析。

1.4 統計學方法 計量資料用 (x±s)表示,用 SPSS13.0軟件進行單因素方差分析 (ANOVA),組間兩兩比較采用 LSD-t檢驗,兩變量間采用直線相關分析,P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 吸煙對血漿中汞、鎘、鉛及 8-OHd G含量的影響 E1、E2組血漿汞、鎘、鉛及 8-OHdG含量與 C組比較差異均有統計學意義 (P＜0.05)。E2組血漿鎘、鉛含量與 E1組比較差異均有統計學意義 (P＜0.05)。E1組血漿 8-OHdG含量與 E2組比較差異有統計學意義 (P＜0.01,見表 1)。

2.2 吸煙指數與血漿中汞、鎘、鉛及 8-OHd G含量的直線相關分析 吸煙指數與血漿中鎘、鉛及 8-OHdG的含量均呈正相關 (r值分別為 0.65、0.52及 0.74,P＜0.05)。血漿中汞含量與吸煙指數間無相關 (r=0.20,P＞0.05)。

3 討論

本研究結果顯示,與非吸煙者相比較,習慣性吸煙者血漿中部分重金屬元素汞、鎘、鉛含量顯著增高,表明習慣性吸煙是機體重金屬持續性集聚的重要來源之一,或者說習慣性吸煙導致機體重金屬蓄積性中毒,而且吸煙量越大,血漿中重金屬汞、鎘、鉛含量越高。同樣,吸煙者血漿內 8-OHdG含量顯著高于非吸煙者,且隨著吸煙量增加而升高。已有報道證實,香煙中含有數量不等的重金屬,它們之中的 20%～45%將隨香煙煙霧進入吸煙者體內,這些重金屬并非正常人體代謝所需,其代謝緩慢,并且容易集聚于機體的組織器官內[6]。然而,也有報道認為,與非吸煙者比較,吸煙只是增高機體血漿中鎘含量,其他重金屬則無顯著性差異[7]。另外,本研究也發現,血漿內汞含量與吸煙指數無關,可能與汞的易揮發性有關[8]。本研究亦證實了吸煙指數與血漿中鎘、鉛及 8-OHd G的含量呈正相關。血漿中鎘、鉛及 8-OHdG的含量隨著吸煙指數的增加而升高。重金屬可引發機體腫瘤、炎癥以及細胞損傷等傷害性反應,它們的毒性在于自身就是促氧化劑,導致機體產生自由基,引發機體氧化應激反應[9]。在機體內,自由基攻擊 DNA鏈上的堿基鳥嘌呤 C-8而使 DNA發生羥化,生成加合物 8-OHdG,并形成 GC→TA的突變[10]。再者,體內重金屬本身就帶電荷,具有親和電子的特性,能夠與蛋白酶的活性基團——巰基 (-SH)形成共價結合物,阻止氧化型谷胱甘肽(GSSG)還原成谷胱甘肽 (GSH),降低酶的活性,影響 DNA的修復[11]。重金屬亦可刺激體內促炎癥細胞因子的表達,引起體內免疫反應,改變 DNA修復機制,加速損害 DNA分子[12]。本研究結果表明,習慣性吸煙能夠導致機體重金屬的集聚性中毒,并且伴有機體 DNA的損傷。隨著吸煙量與吸煙時間的累積,這種有害效應的危險性也將顯著增大。這對于臨床診療及預防具有現實指導意義。

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3 Mizoue T,Kasai H,Kubo T,et al.Leanness,smoking,and enhanced oxidative DNA damage[J].Cancer Epidemiol Biomarkers Prev,2006,15(3):582-585.

4 中國愛國衛生運動委員會,中華人民共和國衛生部.1984年全國吸煙抽樣調查資料匯編 [M].北京:人民衛生出版社,1988:220-222.

5 Mortada W,Sobh MA,El-Defrawy M.The exposure to cadmium,lead and mercury from smoking and its impact on renal integrity[J].Medical Science Monitor,2004,10:112-116.

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9 Bernhard D,Rossmann A,Henderson B,et al.Increased serum cadmium and strontium levels in young smokers:effects on arterial endothelial cell gene transcription[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2006,26:833-838.

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11 Brodkin E,Copes R,Mattman A,et al.Lead and mercury exposures:interpretation and action[J].CMAJ,2007,176(1):59-63.

12 Wasowicz W,Gromadzinska J,Rydzynski K.Blood concentration of essential trace elements and heavy metals in workers exposed to lead and cadmium[J].Int J Occup Med Environ Health,2001,14:223-229.