雙酚類化合物和納米二氧化鈦環(huán)境污染物的細(xì)胞毒理學(xué)評價

文/白麗麗

1 前言

隨著人們?nèi)粘Ｉ钚枨笤絹碓酱螅衔锏纳a(chǎn)使用進入了一個新階段。如今用到的許多化合物是過去未曾發(fā)現(xiàn)而通過現(xiàn)代的人工智能研究發(fā)現(xiàn)的，其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)與以往的化合物并不相同，在我們的生活中有著廣泛用途。這些物質(zhì)是否都會威脅到人的健康，并未通過完整的檢測，目前尚在探索階段。那些已經(jīng)明確會對環(huán)境和人體造成損害的化合物被稱為環(huán)境污染物，而怎樣精準(zhǔn)界定這類物質(zhì)的生物毒性，已成為刻不容緩的問題。科研人員通常采用動物體內(nèi)實驗評價毒性，這是一種傳統(tǒng)的方法，但該方法成本高，消耗人力物力，存在物種差異問題，并牽扯到倫理爭議[1]。并且活體動物實驗有幾個明顯的缺點：第一，在實驗過程中污染物是通過怎樣的方式對人類構(gòu)成身體上的傷害的，目前還沒有明確的說法。第二，該類實驗使用的生物劑量要比普通人在日常生活中接觸到的劑量高，并不能準(zhǔn)確推斷此污染物對人類構(gòu)成的威脅程度。第三，人與其他動物之間存在不可逾越的生物種類差異，用動物參與的研究結(jié)果不能說明同樣適合于人類。由此，近年來體外細(xì)胞模型實驗逐漸被使用，開始進入毒理學(xué)研究視野。

體外細(xì)胞模型的優(yōu)點有以下幾方面：一是細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)臻于成熟，該操作簡單易行，可重復(fù)；二是通常不涉及道德問題，最主要的是可以直接選用人體細(xì)胞進行毒理實驗，與動物試驗不同，此方法避開了物種差異導(dǎo)致的種種問題，能更加準(zhǔn)確地評估生物毒性對人體造成的危害，更加符合研究細(xì)胞毒理學(xué)的宗旨。因此，體外細(xì)胞模型可以很好地取代動物體內(nèi)試驗法，用以評估環(huán)境污染物是否對人體構(gòu)成傷害，為如何正確規(guī)避污染物帶來的影響提供了理論基礎(chǔ)。

本文通過人源間充質(zhì)干細(xì)胞和人肺腺癌細(xì)胞系兩種模型分別測量了雙酚類化合物和納米二氧化鈦環(huán)境污染物對人類健康的損害。為評估此類污染物的細(xì)胞毒理學(xué)提供了一定的理論依據(jù)，也為如何防止化合物的污染進一步對人類造成威脅提供了更多的思考空間。

2 方法

2.1 實驗對象

（1）雙酚A，也稱BPA，是一種有機化合物，呈白色晶體，是重要的有機化工原料。研究表明，BPA 屬低毒性化學(xué)物，能導(dǎo)致內(nèi)分泌失調(diào)，威脅人們健康[2]。本次實驗選取的是來自人體脂肪中的人源間充質(zhì)干細(xì)胞，其優(yōu)點是在長期低劑量環(huán)境下比其他細(xì)胞更為敏感，能準(zhǔn)確檢測到細(xì)胞毒性。

（2）納米級二氧化鈦，是一種白色疏松粉末，擁有珍貴的光學(xué)性質(zhì)[3]，氧化型、還原型二氧化鈦作為催化劑在我們的日常生活中被廣泛應(yīng)用，但因為并未通過完整的毒理學(xué)檢測，其毒理性尚未可知[4]，需要進一步探索。本次實驗選用的A549 癌細(xì)胞是一種變異細(xì)胞，可轉(zhuǎn)化、易轉(zhuǎn)移、無限增殖。其細(xì)胞模型體外存活率高，操作培養(yǎng)技術(shù)簡單，適合測定毒性。

2.2 實驗方法

（1）將hMSC 細(xì)胞恒溫培養(yǎng)，隔天換液，待其生長至培養(yǎng)皿的80%時，用0.25%的胰蛋白酶消化傳代。將培養(yǎng)基換為誘導(dǎo)分化培養(yǎng)基，第9 ～10 天時采集細(xì)胞并使用紅油O 等脂溶性染料著色，誘導(dǎo)分化，10d 染色完畢，開始實驗。

（2）恒溫培養(yǎng)A549 細(xì)胞的培養(yǎng)基，待其生長至培養(yǎng)皿的80%時，用胰蛋白酶進行實驗。24h 后加入不同濃度的氧化型、還原型二氧化鈦和負(fù)載金屬鉑，使其終濃度達到1，10，100mg/L，與培養(yǎng)基充分混合。暴露24h 后開始實驗。

3 結(jié)果

（1）測定了在0，1，10，50，100μmol/L 濃度中暴露的BPA經(jīng)24h 后，MSC 細(xì)胞的存活率的變化（見圖1）。證明了細(xì)胞的生長增殖短時間內(nèi)會被濃度高的BPA 影響，而長時間暴露的濃度低的BPA 可促使hMSC 增殖并向成脂方向分化，說明BPA 的暴露與肥胖癥存在一定關(guān)聯(lián)。

（2）如圖2 示，在空氣中顯露24h 后，低濃度的O、R 在A549 細(xì)胞的活性氧簇方面無明顯影響，而低濃度Pt 則會讓氧含量上升，引起氧化損傷。在高濃度100mg/L 下，O、Pt 均讓細(xì)胞發(fā)生某種程度的蛋白質(zhì)氧化性損傷[5]，說明長時間暴露下氧化型、還原型納米級二氧化鈦均無法控制A549 細(xì)胞的增殖，但在濃度過高的情況下會產(chǎn)生部分程度的蛋白質(zhì)氧化性損傷[6]。

4 總結(jié)

隨著人類物質(zhì)需求的增大，越來越多化工物質(zhì)進入我們的視野。它們用途廣泛，為人們生活提供了便利，然而生物毒性尚無確切范疇，對環(huán)境和人體健康的危害也不明朗。體外細(xì)胞模型近年來取代了傳統(tǒng)的動物體內(nèi)實驗評估毒性的方法，其優(yōu)點是簡單易行、操作技術(shù)成熟，且不涉及倫理問題，是如今一種較熱門的評估毒性的方式。本文論證了細(xì)胞的生長增殖短時間內(nèi)會被濃度高的BPA 影響，而長時間暴露的濃度低的BPA 可促使hMSC 增殖并向成脂方向分化，說明BPA 的暴露與肥胖癥存在一定關(guān)聯(lián)，對健康有不良影響。同時檢測了氧化型、還原型納米級二氧化鈦和負(fù)載金屬鉑在人肺腺癌細(xì)胞系（A549）上的生物毒性，說明在長時間暴露下，氧化型、還原型納米二氧化鈦均無法控制A549細(xì)胞增殖，但在濃度過高的情況下會產(chǎn)生部分程度的蛋白質(zhì)氧化性損傷，給人的肺部造成傷害[7-8]。本次研究結(jié)果為評價雙酚類化合物和納米二氧化鈦環(huán)境污染物的細(xì)胞毒理學(xué)提供了一定的理論依據(jù)，也為如何防止化合物污染物進一步對人類造成威脅提供了更多的思考空間。