甲基叔丁基醚對斑馬魚及中國倉鼠卵巢細胞的毒性效應

洪文旭 熊法德 曾序春

摘要[目的]研究甲基叔丁基醚（MTBE）對斑馬魚和中國倉鼠卵巢細胞的毒性作用及氧化應激效應，為其科學、合理應用提供依據。[方法]應用半靜態試驗法研究不同濃度MTBE對斑馬魚的急性毒性效應，以中國倉鼠卵巢（CHO）細胞為模型，分析不同濃度MTBE對CHO細胞增殖水平和氧化應激相關酶活力水平的影響。[結果]MTBE對斑馬魚的48 h LC50值為71.5 mg/L；在細胞試驗中，當MTBE暴露濃度高于5.0 mmol/L時，CHO細胞增殖水平受到明顯抑制（P<0.05）；當MTBE暴露濃度達到50.0 mmol/L時，SOD活力明顯上升（P<0.05）。當MTBE濃度達到25.0 mmol/L時，CAT活力達到最大值且與對照組差異顯著（P<0.05）；當MTBE濃度達到25.0 mmol/L時，CHO處理組GSH-Px活力明顯上升（P<0.05）。[結論]MTBE暴露可以誘導斑馬魚和CHO細胞的毒性作用，而氧化應激酶活力水平的改變可能是MTBE毒性作用之一。

關鍵詞 甲基叔丁基醚；斑馬魚；中國倉鼠卵巢細胞；毒性作用；氧化應激

中圖分類號 R99 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）02-0004-03

Abstract[Objective] To study the toxicological effects and oxidative stress of methy tertbutyl ether （MTBE） on zebra fish and Chinese hamster ovary （CHO） cells and provide basis for its scientific and reasonable application.[Method] Acute toxic effects of MTBE on zebra fish were studied by static experiment method.By using CHO cells as test model，the effects of different concentrations of MTBE on proliferation level and the activities of enzymes related with oxidative stress of CHO cells were analyzed.[Result] LC50 of MTBE to zebra fish at 48 h was 71.5 mg/L.In cellular assay，when the exposure concentration of MTBE was higher than 5.0 mmol/L，the proliferation of CHO cells was inhibited （P<0.05）.When the exposure concentration of MTBE was 50.0 mmol/L，SOD activity obviously increased （P< 0.05）.When the exposure concentration of MTBE was 25.0 mmol/L，CAT activity reached the maximum value，and it had significant differences with CK （P<0.05）.When the exposure concentration of MTBE was 25.0 mmol/L，GSHPx activity in CHO treatment group obviously increased （P<0.05）.[Conclusion] MTBE exposure can induce the toxicity to zebra fish and CHO cells，and the activity changes of oxidative stressrelated enzymes may one mechanism of MTBEinduced toxicity.

Key words Methyl tertbutyl ether；Zebra fish；Chinese hamster ovary cells；Toxicological effect；Oxidative stress

甲基叔丁基醚（Methyl tertbutyl ether，MTBE）作為汽油添加劑，可以增加汽油的辛烷值，提高汽油燃燒效率，減少一氧化碳和其他有害物質（如臭氧、苯）的排放，降低空氣污染[1]。隨著MTBE的普遍推廣使用，對其毒理學研究也在不斷深入，研究表明MTBE對職業人群能產生一定的危害。隨著國內各大城市機動車數量的快速增長，大量的汽車尾氣導致MTBE排放到大氣中，形成新的空氣污染問題。在珠江三角洲地區，大氣環境中已經能夠普遍檢測出MTBE污染物[2]。MTBE有較強的水溶性，容易滲入土壤污染水體，嚴重威脅人們的飲用水源。開展MTBE的毒性效應研究，對于建立全面的MTBE健康風險評估具有十分重要的意義[3]。

斑馬魚具有與人類相似的各種器官系統，且斑馬魚基因與人類基因的相似度高達87%。國際標準化組織于20世紀80年代推薦斑馬魚為毒性試驗的標準試驗用魚， 目前斑馬魚已被作為健康毒性和環境毒性檢測試驗的標準魚類，受到生物學家的重視并被作為魚環境毒理學研究的模式生物[4]。中國倉鼠卵巢（Chinese hamster ovary，CHO）細胞是一類具有強大生命力、本身很少分泌內源蛋白的細胞株，在生物工程、藥學及毒理學等體外研究中被廣泛使用[5]。目前，關于MTBE的毒性研究主要集中在雄性生殖細胞上[6]，在斑馬魚和中國倉鼠卵巢細胞上的相關報道很少。筆者研究了MTBE對斑馬魚的急性毒性及其對CHO細胞的氧化應激作用，旨在為MTBE的毒性評價提供試驗數據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究對象。斑馬魚由深圳大學提供，平均體長（26.0±2.0） mm，平均體重（0.26±0.11）g；中國倉鼠卵巢（CHO）細胞，購自中國典型培養物保藏中心（武漢大學保藏中心）。

1.1.2 儀器與試劑。HF safe-1200 A2型生物安全柜，為上海力新儀器有限公司產品；3111型CO2恒溫培養箱，為美國Thermo Forma公司產品；GS-15R臺式冷凍離心機，為美國Beckman公司產品；二甲基亞砜，購自美國Sigma公司； 甲基叔丁基醚，購自上海阿拉丁公司。RPMI-1640培養基粉、雙抗（青霉素、鏈霉素）、胎牛血清（FBS），均購自美國GIBCO公司；總SOD活力檢測試劑盒、過氧化酶檢測試劑盒及細胞裂解液，均購自上海碧云天生物公司；德國Eppendorf移液槍；5 L玻璃水槽。

1.2 方法

1.2.1 MTBE對斑馬魚的急性毒性試驗。采用半靜態試驗法，設定甲基叔丁基醚濃度梯度分別為10、20、40、60、80、100 mg/L。在水槽中裝入4 L經曝氣的自來水（去氯處理），pH為（7.5±0.5），水中溶氧量大于空氣飽和值的80%，水質硬度為（205±13）mg/L（以CaCO3計），溫度為（27.0±1.0）℃。采用自然光與白熾燈光照明，每天喂食2次。每槽飼養斑馬魚10尾，設置6個濃度梯度，每個濃度梯度設置3個平行，同時設置空白對照組和助溶劑對照組。試驗期間不喂食，前8 h連續觀察，記錄魚的反應情況，及時撈出死亡個體，此后48 h觀察并記錄魚的死亡情況。判斷魚的死亡標準：魚腹部向上，鰓蓋停止運動，用玻璃棒輕擊魚尾部，若魚體不產生任何反應，判定為死亡。根據各組試驗魚的48 h死亡率，計算平均死亡率，然后采用寇氏法計算MTBE對斑馬魚的48 h LC50，計算公式：

lgLC50=Xm-i（∑p-0.5）

式中，Xm為死亡組最大劑量的對數值；i為相鄰2組劑量對數值之差；p為各組某一時間點的死亡率；∑p為某一時間點的死亡率之和[7]。

1.2.2 MTBE對CHO細胞的毒性試驗。將CHO細胞置于添加10%胎牛血清、100 U/mL青霉素、100 μg/mL鏈霉素的MEM培養基中，在37 ℃、5%CO2培養箱中培養，隔天換液，待細胞生長至融合度80%時，于含濃度分別為0、0.5、5.0、25.0、50.0、100.0 mmol/L MTBE溶液的MEM培養基中進行暴露，置于培養箱中培養12 h后，加入20 μL的MTT試劑，于37 ℃培養箱中培養4 h，在490 nm波長處使用酶標儀檢測吸光度（A）值，參比波長為630 nm，計算細胞增殖存活率和半抑制濃度（IC50）。按照以下公式計算抑制率（IR）：

IR=[（空白對照組A值-處理組A值）/（空白對照組A值-本底組A值）]×100%

1.2.3 超氧化物歧化酶（SOD）活力的測定。將處于對數生長期的CHO細胞置于含終濃度分別為0（對照）、0.5、5.0、25.0、50.0、100.0 mmol/L MTBE的MEM培養基中暴露12 h，用細胞裂解液裂解細胞，離心取上清液，采用Bradford法測定蛋白濃度；在560 nm處測定吸光度值，使用總SOD活力檢測試劑盒測定SOD活力，具體操作按照試劑盒說明書進行。將黃嘌呤氧化酶偶聯反應體系中抑制百分率為50%時反應體系中的SOD活力單位定義為1個酶活力單位（U），用蛋白濃度校正，活力單位為U/mg prot表示。

1.2.4 過氧化氫酶（CAT）活力的測定。將處于對數生長期的CHO細胞置于含終濃度分別為0（對照）、0.5、5.0、25.0、50.0、100.0 mmol/L MTBE的MEM培養基中暴露12 h，用細胞裂解液裂解細胞，離心取上清液，采用Bradford法測定蛋白濃度，在520 nm處測定吸光度（A）值，使用CAT活力檢測試劑盒測定CAT活力，具體操作按照試劑盒說明書進行。CAT活力采用蛋白值校正，酶活力單位用U/mg prot表示。

1.2.5 谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活力的測定。將處于對數生長期的CHO細胞置于含終濃度分別為0（對照）、0.5、5.0、25.0、50.0、100.0 mmol/L MTBE的MEM培養基中暴露12 h，使用細胞裂解液裂解細胞，離心取上清液，采用Bradford法測定蛋白濃度，使用GSH-Px活力檢測試劑盒測定GSH-Px活力，具體操作按照試劑盒說明書進行。GSH-Px活力采用蛋白值校正，酶活力單位用U/mg prot表示。

1.2.6 數據統計與分析。試驗數據使用GraphPad Prism 6軟件進行統計與分析，結果均以平均值±標準差表示。2組均數間的比較采用單因素方差分析。P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 MTBE對斑馬魚的毒性作用 斑馬魚在100 mg/L的MTBE溶液中飼養3 h后開始出現毒性反應，在80 mg/L的MTBE溶液中飼養6 h后開始出現毒性反應，在60 mg/L的MTBE溶液中飼養12 h后開始出現毒性反應，斑馬魚初期表現為游動能力下降，隨著時間的延長出現失去平衡，無運動能力的現象，最后躺臥死亡。斑馬魚在10～40 mg/L的MTBE、溶劑對照組和空白對照組的試驗溶液中飼養48 h，未發現斑馬魚有任何毒性反應。根據各組斑馬魚的死亡情況，計算各組死亡率。當MTBE濃度為60 mg/L時，斑馬魚死亡數為2，死亡率20%；當MTBE濃度為80 mg/L時，死亡率為60%；當MTBE濃度為100 mg/L時，死亡率達到100%。采用寇氏法計算出MTBE對斑馬魚的48 h LC50為71.5 mg/L。

2.2 不同濃度MTBE對CHO細胞增殖水平的影響 從圖1可以看出，經MTBE暴露處理12 h后，與對照組相比，當MTBE暴露濃度高于5.0 mmol/L時，CHO細胞增殖水平受到抑制（P<0.05）。

2.3 不同濃度MTBE對CHO細胞SOD活力的影響 從圖2可以看出，經MTBE暴露處理12 h后，CHO細胞的SOD活力隨MTBE濃度的升高而升高。當MTBE濃度達到50.0 mmol/L時，CHO處理組SOD活力明顯上升，與對照組相比差異顯著（P<0.05）。

2.4 不同濃度MTBE對CHO細胞CAT活力的影響 從圖3可以看出，MTBE對CHO細胞染毒12 h后，與對照組相比，各處理組CHO細胞的CAT活力出現不同程度升高。當MTBE濃度達到25.0 mmol/L時，CAT活力達到最大值且與對照組差異顯著（P<0.05），但隨著MTBE濃度的繼續升高，CAT活力出現一定程度下降。

2.5 不同濃度MTBE對CHO細胞GSH-Px活力的影響 從圖4可以看出，經MTBE暴露處理12 h后，CHO細胞的GSH-Px活力隨MTBE濃度的升高而升高，當MTBE濃度達到25.0 mmol/L時，CHO處理組GSH-Px活力明顯上升，與對照組相比差異顯著（P<0.05）。

3 討論與結論

MTBE由異丁烯和甲醇化合而成，可以降低汽油的抗爆性、促進汽油充分燃燒，是一種廣泛使用的汽油添加劑[8]。在汽油使用過程中，MTBE并不能被完全燃燒，會隨汽車尾氣排入周圍空氣中。隨著我國汽車保有量的不斷增加，汽油消耗量不斷增加，最終進入環境中的 MTBE 越來越多。MTBE 易溶于水且較難降解，進入地下水的 MTBE 對自然界造成了持續、廣泛的污染，可能對人類生活和健康產生深遠的影響[9-10]。近年來，斑馬魚作為模式動物，在國內水體污染監測和控制等方面的應用逐漸受到研究機構的重視，很多國內研究者開展了激素、中藥、有毒化學品等對斑馬魚的毒性研究[4]。筆者研究了不同濃度MTBE對斑馬魚的急性毒性作用，發現斑馬魚在100 mg/L MTBE溶液中飼養3 h后開始出現毒性反應，在80 mg/L MTBE試驗溶液中飼養6 h后開始出現毒性反應，在60 mg/L MTBE溶液中飼養12 h后開始出現毒性反應，斑馬魚在10～40 mg/L的MTBE、溶劑對照組和空白對照組的試驗溶液中飼養48 h，未發現斑馬魚有任何毒性反應。MTBE對斑馬魚的48 h LC50值為71.5 mg/L。該研究結果與Moreels等[11]研究結果相一致。

超氧化物歧化酶（SOD）是生物體內防御氧化損傷的一種金屬酶，能催化ROS產生具有毒性的H2O2，再由CAT分解，2種酶聯合清除活性氧自由基，使機體免受氧化傷害，在正常的生理狀態下，由代謝活動產生的活性氧可作為抗氧化防御體系。隨著MTBE濃度的升高，SOD活力逐漸升高。 Li等[6]將大鼠支持細胞暴露于MTBE，發現SOD活力顯著高于未經MTBE暴露的細胞。這與該試驗結果相一致，說明在MTBE作用下機體受到脅迫，并誘導SOD活力升高，從而使生物體的生理機能免受損傷。過氧化氫酶（CAT）是一種廣泛存在于各類生物體中的酶抗氧化劑，清除體內多余的H2O2，并具有很高的催化效率，從而使細胞免于遭受毒害，是生物防御體系的關鍵酶之一。隨著MTBE濃度的升高，CAT活力逐漸升高，說明MTBE可使CHO細胞產生氧化脅迫，并且CHO細胞受到脅迫后通過提高過氧化氫酶活力來抵御脅迫。谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）作為一種重要的過氧化物分解酶，廣泛存在于機體中。谷胱甘肽過氧化物酶一方面作為分解酶，能夠促進H2O2的分解，另一方面能夠將有毒的過氧化物還原成無害的羥基化合物，保護細胞膜。一旦機體處于病理狀態，谷胱甘肽過氧化物酶活力水平就會偏離正常范圍。因此，檢測細胞內GSH-Px活力的改變可以間接了解細胞的損傷情況。MTBE暴露處理可以誘導CHO細胞內GSH-Px活力水平升高，說明細胞可能通過提高GSH-Px活力來進行抵御MTBE誘發的細胞毒性。

綜上所述，MTBE暴露對斑馬魚和CHO細胞具有明顯的毒性作用，且可以誘導氧化應激相關的酶活力水平提高，說明氧化應激效應可能是MTBE毒性作用之一。

參考文獻

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