【摘要】：大量的流行病學和毒理學研究表明,大氣顆粒物濃度的上升與心肺系統(tǒng)疾病發(fā)病率和死亡率增加顯著相關(guān),大氣顆粒物污染已成為影響人類健康的主要環(huán)境因素之一。柴油尾氣顆粒物、城市空氣顆粒物及交通源顆粒物的毒性較大,主要與其表面含有大量的有毒有害物質(zhì)有關(guān),如過渡金屬、有機物等。在健康影響中最為關(guān)注的有機物是多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)及其衍生物。研究發(fā)現(xiàn)硝基多環(huán)芳烴(nitro-PAHs)的毒性效應可能強于其母體多環(huán)芳烴。Nitro-PAHs不僅在大氣顆粒物中被檢出,汽車尾氣、木材燃燒煙氣顆粒物及大氣氣體樣品中同樣有檢出。Nitro-PAHs具有急性毒性、免疫毒性和致癌毒性,在大氣環(huán)境中廣泛存在,具有潛在的健康風險。本研究以體外培養(yǎng)人肺上皮細胞A549為研究對象,探討nitro-PAHs及其對應氨基代謝產(chǎn)物(amino-PAHs)的細胞毒理作用及其致毒機制,進一步明確nitro-PAHs對人體的有害影響,明確nitro-PAHs在大氣顆粒物生物毒性方面的重要作用。同時探討1-硝基芘(1-NP)與其它多環(huán)芳烴及多環(huán)芳烴衍生物的聯(lián)合細胞毒性。本研究首先以兩種大氣中典型的硝基多環(huán)芳烴及其相應的氨基取代多環(huán)芳烴,包括1-硝基芘(1-NP)、3-硝基熒蒽(3-NF)、1-氨基芘(1-AP)、3-氨基熒蒽(3-AF)的氧化還原性質(zhì)作為切入點,研究它們在細胞體系和非細胞體系的氧化還原能力。對參與氧化應激的超氧化物歧化酶(Superoxide Dismutase,SOD)的活性、谷胱甘肽(glutathione,GSH)的含量及活性氧自由基(Reactive Oxygen Species,ROS)的產(chǎn)生規(guī)律進行了探討。結(jié)果表明1-NP、3-NF、1-AP、3-AF均可與二硫蘇糖醇(DTT)在非細胞體系發(fā)生反應。均可促進胞內(nèi)的ROS的生成,降低GSH活性,影響SOD的活性,導致細胞內(nèi)氧化應激的產(chǎn)生,破壞胞內(nèi)的氧化還原平衡。然后分別通過細胞增殖實驗、凋亡率的檢測、胞外乳酸脫氫酶(LDH)檢測、線粒體膜電位檢測、胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)濃度變化檢測、彗星實驗、細胞周期/凋亡實驗,系統(tǒng)地檢測四種PAHs衍生物在一定劑量范圍內(nèi)對細胞生長、細胞凋亡和細胞周期、細胞膜通透性、DNA損傷、線粒體膜電位、胞內(nèi)鈣離子(Ca2+)濃度變化等的影響,確定時間-效應及劑量-效應關(guān)系。最后通過檢測炎癥因子(IL-6、MCP-1)、細胞色素P450酶(Cyp1a1、Cyp1b1、Cyp1a12、Cyp1b12)和血紅素加氧酶(HO-1)的m RNA表達情況,來進一步討論nitro-及amino-PAHs的促炎作用。結(jié)果表明1-NP、3-NF、1-AP、3-AF可促進炎癥因子、細胞色素P450酶和血紅素加氧酶m RNA的表達。除1-NP外,均可促進炎癥因子IL-6和血紅素加氧酶(HO-1)的表達,1-AP和3-AF可誘導至少一種細胞色素P450酶的表達。最后,評價1-NP分別與1,2-萘醌(1,2-NQ)和苯并[a]芘B[a]p對A549細胞的聯(lián)合毒性作用。聯(lián)合染毒的結(jié)果表明,1,2-NQ預染A549細胞24 h,能明顯減弱1-NP造成的DNA損傷和ROS升高。表明,用1,2-NQ預處理A549細胞可能通過抑制產(chǎn)生ROS,而降低DNA損傷。B[a]p預染A549細胞24 h,能明顯減弱1-NP造成的ROS升高,但DNA損傷加劇。B[a]p和1-NP同時作用于A549細胞,能明顯減弱1-NP造成的ROS升高和細胞增殖抑制作用,DNA損傷與1-NP單獨染毒組相近。表明,B[a]與1-NP聯(lián)合作用可能通過抑制ROS生成降低對細胞的增殖抑制,對DNA的損傷加劇可能是通過其它的作用途徑。本論文的研究結(jié)果表明nitro-PAHs可對細胞功能產(chǎn)生有害影響。不僅可以導致細胞凋亡、細胞膜通透性改變,還能對線粒體、DNA和Ca2+濃度等細胞內(nèi)重要的細胞器和信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)產(chǎn)生影響,可產(chǎn)生ROS和炎癥因子。表明nitro-PAHs是大氣顆粒物中對人體健康影響的重要組分。因此,在評估大氣顆粒物對人體健康影響的過程中,除了大氣顆粒物的粒徑和濃度,還應注意化學物質(zhì)組成的重要影響。
[Abstract]:A large number of epidemiological and toxicological studies have shown that the increase of atmospheric particulate matter concentration is significantly related to the increase of morbidity and mortality of cardiopulmonary diseases. Atmospheric particulate matter pollution has become one of the main environmental factors affecting human health. Diesel exhaust particulate matter, urban air particulate matter and traffic source particulate matter are more toxic, mainly. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) and their derivatives are the most concerned organic compounds in health effects. Nitro-PAHs are found to be more toxic than their parent polycyclic aromatic hydrocarbons. Nitro-PAHs are not Nitro-PAHs have acute toxicity, immunotoxicity and carcinogenicity. They are widely present in the atmosphere and have potential health risks. In this study, human lung epithelial cells A549 were cultured in vitro to explore the effects of n-PAHs on human lung epithelial cells. The cytotoxicity and toxicity mechanism of itro-PAHs and their corresponding amino-PAHs were further clarified. The harmful effects of nitro-PAHs on human body were further clarified. The important role of nitro-PAHs in the biological toxicity of atmospheric particulates was also clarified. The combined cells of 1-nitropyrene (1-NP) with other polycyclic aromatic hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbon derivatives were also discussed. Toxicity. In this study, two typical atmospheric NITRO-POLYCYCLIC aromatic hydrocarbons and their corresponding amino-substituted polycyclic aromatic hydrocarbons, including 1-nitropyrene (1-NP), 3-nitrofluoranthracene (3-NF), 1-aminopyrene (1-AP), 3-aminofluoranthracene (3-AF), were used as entry points to study their redox capacity in both cellular and non-cellular systems. The activity of superoxide dismutase (SOD), the content of glutathione (GSH) and the production of reactive oxygen species (ROS) were investigated. The results showed that 1-NP, 3-NF, 1-AP, 3-AF could react with dithiothreitol (DTT) in non-cellular system. Intracellular ROS production reduces GSH activity and affects SOD activity, leading to oxidative stress and disruption of intracellular redox balance. Cell cycle/apoptosis experiments were carried out to systematically examine the effects of four PAHs derivatives on cell growth, cell apoptosis and cell cycle, cell membrane permeability, DNA damage, mitochondrial membrane potential, and intracellular calcium (Ca2+) concentration in a certain range of doses to determine the time-effect and dose-effect relationship. The expression of cytochrome P450 (Cyp1a1, Cyp1b1, Cyp1a12, Cyp1b12) and heme oxygenase (HO-1) m RNA was studied to further discuss the pro-inflammatory effect of Nitro-and amino-PAHs. The results showed that 1-NP, 3-NF, 1-AP, 3-AF could promote the expression of inflammatory factors, cytochrome P450 and heme oxygenase m RNA. The combined toxicity of 1-NP with 1,2-naphthoquinone (1,2-NQ) and benzo [a] pyrene B [a] p, respectively, on A549 cells was evaluated. ROS was elevated in A549 cells pretreated with 1,2-NQ, indicating that ROS production might be inhibited by 1,2-NQ pretreatment, and DNA damage could be reduced by B[a]p pretreatment for 24 hours. The elevation of ROS induced by 1-NP could be significantly attenuated by B[a]p and 1-NP pretreatment. The results showed that the combination of B [a] and 1-NP may inhibit cell proliferation by inhibiting ROS production, and the DNA damage may be aggravated by other pathways. It can also affect important cellular organelles and signal transduction systems, such as mitochondria, DNA and Ca2+ concentration, and produce ROS and inflammatory factors. It shows that nitro-PAHs are important components of atmospheric particulate matter affecting human health. Concentration should also pay attention to the important influence of chemical composition.
【學位授予單位】：上海大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：X513

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本文編號：2231673