2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白分析

郭玉鳳，孔曉娜，張 婷，張 超，薛振偉，李建軍，張 晶，周小林*

(中國輻射防護研究院，國家環境保護環境與健康重點實驗室，山西 太原 030006)

焦化生產過程中會產生大量包括多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)、苯 及 苯 系物在內的焦爐逸散物(coke oven emissions，COEs)[1-2]。PAHs已被國際癌癥研究機構(International Agency for Research on Cancer，IARC)列入人類確定致癌物，屬于Ⅰ類致癌物[3]。流行病學研究發現，PAHs暴露會造成免疫功能損傷，增加癌癥風險[4]。此外，PAHs還具有免疫毒性和神經毒性[5]。當人體受到這些外部物質刺激后，免疫細胞合成特異性的抗體，即免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)，其中血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM是評價人體免疫功能最常用的指標[6]。本研究通過對長期居住在焦化廠下風向區域人群血清免疫球蛋白及尿中多環芳烴代謝物1-羥基芘連續5年(2015—2019年)的監測，探索低劑量PAHs等污染物長期暴露對人群免疫功能的影響，為其健康風險評價提供依據。

1 材料與方法

1.1 調查對象

2015—2019年夏季，按照一定的納入排除標準選取中國北部某焦化廠(常年主導風向為北風)下風向1~2 km兩個村莊的常住居民為研究對象，采用自制的問卷調查表對研究對象的姓名、性別、年齡、吸煙史、本地居住時間以及居住環境等進行調查。納入標準：在本調查地區居住5年以上，近1個月內無傳染病發作以及用藥史者。排除標準：在本調查地區居住不滿5年或有焦化廠職業暴露史，調查期間患有慢性病以及急性傳染病者。本研究已通過中國輻射防護研究院附屬醫院倫理審查委員會審查，研究對象(包括兒童的監護人)均簽署了知情同意書。

1.2 實驗方法

1.2.1 主要儀器與試劑BS-400全自動生化分析儀購于深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司，Waters-2695高效液相色譜儀及Phenomenex ODS色譜柱(250 mm×4.6 mm，5μm)購于美國Waters公司，固相萃取儀購于美國色譜科公司，水浴氮吹儀購于上海喬躍 電子有限公司，BS4402高速離心機購于日本SANYO公司。

甲醇購于德國Merck公司，乙腈購于德國Fisher Scientific公司，β-葡聚糖醛酸酶購于德國Roche公司，鹽酸、醋酸鈉(分析純)購于天津市風船化學試劑有限公司，1-羥基芘購于德國Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。

1.2.2 血樣采集和免疫球蛋白的檢測收集研究對象空腹外周血約5 mL，4 000 r/min離心5 min，取上層血清置于1.5 mL離心管中，4℃保存，并在3 d內采用全自動生化分析儀檢測IgG、IgA和IgM的含量(g/L)。各免疫指標的正常參考值范圍分別為：IgA，0.70~5.0 g/L；IgG，7.0~16.0 g/L；IgM，男性為0.4~2.8 g/L，女性為0.4~2.3 g/L。

1.2.3 尿液收集和1-羥基芘的檢測收集研究對象晨尿中段約30 mL，采用全自動生化分析儀檢測尿肌酐(Cr)的含量(μmol/L)。取2 mL尿樣、加入0.25 mL的0.1 mol/L鹽酸、0.75 mL的0.5 mol/L醋酸鈉-醋酸緩沖溶液(pH=5)和5μL的β-葡聚糖醛酸酶，37℃恒溫水浴過夜。次日取出后，離心30 min，取2 mL上清液過固相萃取小柱，洗脫液于45℃氮氣流下吹干，殘渣用400μL甲醇復溶，離心取10μL上清液，采用高效液相色譜-熒光檢測法檢測1-羥基芘的含量，通過尿肌酐檢測值進行校正，單位為μg/g，具體實驗方法見參考文獻[7]。

1.3 質量控制

檢測人員熟練掌握檢測方法，檢測使用符合規定的檢測器材。嚴格按照納入排除標準選取研究對象，其血液收集均在晨起空腹狀態下進行，采集后通過冷鏈運輸，以保證檢測質量。

1.4 統計學分析

利用SPSS 19.0統計學軟件和OriginPro 2017繪圖軟件，男性與女性、成人與未成年人不同年份的血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)異常的人數占總人數的百分比即為異常率，異常率比較采用卡方檢驗。血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量采用均值、中位數(M)、最小值(Min)、最大值(Max)、第25位百分位數(P25)以及第75位百分位數(P75)描述數據特征；多環芳烴代謝物1-羥基芘水平采用均值、中位數(M)、第25位百分位數(P25)以及第75位百分位數(P75)描述數據特征；均值分布近似正態分布，采用t檢驗比較，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本情況

2015—2019年分別收集226、214、205、242和183名研究對象的外周血樣本；232、232、215、183和179名研究對象的尿液樣本。血液樣本中成人平均年齡為(56.85±12.01)歲，未成年人的平均年齡為(10.46±2.23)歲。性別在各年份間差異無統計學意義(P=0.753)，年齡構成比在各年份間差異具有統計學意義(P＜0.05)，見表1。

表1 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白樣本量統計表

2.2 2015—2019年各年份間男性與女性血清免疫球蛋白含量數據特征分析

男性與女性血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量的數據特征見圖1。其中女性血清IgG含量均值在各年份間均高于男性(P＜0.01)，IgM含量均值在2015年和2016年高于男性(P＜0.05)，見表2。

圖1 2015—2019年某焦化廠下風向居民男性與女性血清免疫球蛋白含量數據特征圖

表2 2015—2019年某焦化廠下風向居民各年份男性與女性血清免疫球蛋白含量比較(x±s，g/L)

2.3 2015—2019年各年份間成人與未成年人血清免疫球蛋白含量數據特征分析

成人與未成年人血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量的數據特征見圖2。其中成人血清IgG和IgA含量均值在各年份間均高于未成年人(P＜0.01)，IgM含量均值在2016年低于未成年人(P＜0.01)，見表3。

2.4 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率分析

2015—2019年，該地區居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率變化見表4，其中未成年人血清IgG含量異常率變化具有統計學意義(P＜0.01)。2015年和2016年，血清IgG含量異常率男性與女性之間，成人與未成年人之間IgG含量異常率差異較大(P＜0.05)。

圖2 2015—2019年某焦化廠下風向居民成人與未成年人血清免疫球蛋白含量數據特征圖

表3 2015—2019年某焦化廠下風向居民各年份成人與未成年人血清免疫球蛋白含量比較(x±s，g/L)

表4 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率比較(%)

2.5 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率分析

2015—2019年，該地區居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率變化見表5，其中女性、未成年人及總體血清IgA含量異常率差異具有統計學意義(P＜0.05)。2016年成人血清IgA含量異常率明顯高于未成年人(P＜0.05)，其余各年份男性與女性、成人與未成年人之間IgA含量異常率差異無統計學意義(P＞0.05)。

表5 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率比較(%)

2.6 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率分析

2015—2019年，該地區居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率變化見表6，不同組別的血清IgM含量異常率變化均有統計學意義(P＜0.01)。各年份男性與女性居民IgM含量異常率差異無統計學意義(P＞0.05)。2016年和2017年成人IgM含量異常率高于未成年人(P＜0.05)。

表6 2015—2019年某焦化廠下風向居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率比較(%)

2.7 2015—2019年某焦化廠下風向居民尿中多環芳烴代謝產物1-羥基芘檢出情況分析

由1-羥基芘標準樣品制作的標準曲線線性良好，線性度R為0.999 8~1.000 0；待測物回收率為71.95%~117.15%。方法的日間精密度和日內精密度除個別離群數值外均＜10%。2015—2019年，該地區居民尿中多環芳烴代謝產物1-羥基芘的檢出水平中位數分別為0.468、0.797、0.678、0.169和0.021μg/g，總體呈現先上升后下降的趨勢，見表7。

表7 2015—2019年某焦化廠下風向居民尿液代謝產物1-羥基芘檢出情況

3 討論

焦化生產過程中會產生大量成分復雜的焦爐逸散物，孫冬雪等[8]對焦爐逸散物進行風險評估發現其存在高度致癌風險。焦爐逸散物對人體健康的危害涉及肺癌、急慢性皮炎、皮膚癌、CO中毒等[9]。此外，研究發現焦爐逸散物會降低人體紅細胞免疫及調節功能，從而損害機體免疫功能[10]。其中多環芳烴(PAHs)廣泛分布于大氣、土壤及水體等環境中，由于其毒性、致癌性、生物蓄積性和半揮發性使其能在環境中持久存在，被列入典型持久性有機污染物[5]。煙煤、石油、木材、煙草、有機高分子化合物等有機物不完全燃燒也會產生PAHs，包括機動車輛、家庭爐灶等，可通過呼吸、皮膚以及飲食等途徑進入人體[11]。隨后通過人體代謝形成羥基多環芳烴，以葡萄糖醛酸、硫磺酸結合物的形式主要經尿液排出體外[12]。

PAHs是已知的具有顯著免疫毒性的環境因子，研究發現，PAHs及其代謝物通過誘導人體肺泡和支氣管細胞的DNA氧化損傷發揮毒性作用[13]。PAHs和苯混合接觸可導致焦爐作業工人一定程度的血象改變和淋巴細胞DNA損傷[1]。此外，PAHs是免疫抑制類物質，長期暴露可降低干擾素(interferon，IFN-γ)等抗腫瘤免疫細胞因子的表達，從而引起免疫功能損傷[3，14]。

血清免疫球蛋白是反映機體免疫功能的重要指標，免疫調節功能發生紊亂會使免疫球蛋白的含量發生不同程度的變化[15]。當免疫球蛋白結構改變或含量明顯改變時均產生病理變化，因此，檢測血清免疫球蛋白有助于了解人體免疫作用。免疫球蛋白主要包括IgG、IgA、IgM、IgD以及IgE，其中IgD和IgE含量極低，常以檢測IgG、IgA和IgM含量為主[16]。其中，IgM參與初次免疫應答，其功能是凝集病原體并激活補體；IgG是再次免疫應答抗體，參與特異性免疫；IgA參與人體黏膜感染過程，免疫力較高，在健康人血清中含量相對穩定[16-17]。研究發現，肺癌、胃癌、腸癌、肝癌等惡性腫瘤會導致血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量不同程度的增加[15-17]。

人體對PAHs的暴露水平可通過生物標志物來綜合評價，即檢測人體組織或體液中的PAHs或其代謝產物，其中尿中多環芳烴的代謝產物(主要為羥基代謝產物)是研究最多的生物標志物，其中1-羥基芘是體內主要的代謝產物。荷蘭Jongeneelen等[18]最先將1-羥基芘作為人體環境暴露PAHs的生物標志物，隨后，更多的研究證明尿中其是一個有效、可靠的內暴露指標[12，18]。本次調查人群來自某焦化廠附近，常年居住在該焦化廠主導風向(北風)的下風向，流行病學調查和樣品采集均在夏季進行，因冬季取暖或飲食暴露多環芳烴的影響較小，主要暴露來源于工廠廢氣排放。

研究發現，免疫球蛋白IgG、IgA，在＜1歲時含量最少，隨著年齡的增大含量逐漸增加而接近成人水平，免疫球蛋白IgM，在＜1歲時含量最少，到3歲時可達到成人水平，而后含量又緩慢增加并超過成人，最后逐漸降到成人水平，而成人男女之間IgG、IgA和IgM含量無明顯差異[19]。本研究結果顯示，2015—2019年焦化廠下風向居民成人血清免疫球蛋白IgG和IgA含量均值均高于未成年人(P＜0.01)，而血清IgM含量均值在2016年明顯低于未成年人(P＜0.01)，但是女性血清IgG含量均值在各年份間均高于男性(P＜0.01)，IgM含量均值在2015年和2016年高于男性(P＜0.05)，推測這可能與該地區污染情況有關，但是具體原因有待進一步統計分析。同時，2015—2019年不同年份間血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率總體呈現先上升后下降的趨勢。近年來，國家出臺了一系列的環境與健康相關文件[20-21]。Jongeneelee等[18]建議非職業暴露非吸煙人群中1-羥基芘的生物暴露限值為0.46 μg/g Cr。非污染區居民尿中1-羥基芘的檢出率均較低或未檢出[7]。本研究結果顯示2015—2019年焦化廠下風向居民尿中1-羥基芘含量呈現先上升后下降的趨勢，與血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率變化趨勢一致，且2016年成人與未成年人血清IgG、IgA和IgM含量異常率差異較大(P＜0.05)，推測該地區居民血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量變化在一定程度上受焦化廠排放多環芳烴的影響。此外，本研究調查對象多為中老年人(45~59歲，60~74歲和75~89歲人群分別占成人總數的34.20%，46.97%和2.92%)，機體抵抗力和免疫力下降，受環境污染影響較大。此外，研究發現，焦爐逸散物所致肺癌一般有9~23年的潛伏期，患者年齡偏大，平均年齡在60歲左右[22-25]。

綜上所述，2015—2019年焦化廠下風向居民尿中1-羥基芘及血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率總體皆呈現先上升后下降的趨勢，含量均值具有一定的性別差異和年齡差異。本研究存在的不足在于研究對象樣本量較小，缺乏環境監測數據，且本研究僅以一種多環芳烴代謝物1-羥基芘為指標，對于檢測出的其他代謝產物并未進行分析，具有一定的局限性。目前，多環芳烴對免疫系統的危害作用機制尚未明確，尚缺乏長時間、低劑量暴露的劑量-反應關系的研究。本研究結果僅可為闡明長期生活在焦化環境污染區居民早期健康損傷效應監測提供依據。