【摘要】：由于具有良好的特性,表面活性劑被廣泛應(yīng)用于個人護理、洗滌產(chǎn)品等各領(lǐng)域。隨著相關(guān)行業(yè)的發(fā)展,其產(chǎn)量及用量仍在迅速增長。這些產(chǎn)品在使用后,殘留的表面活性劑在環(huán)境中聚集,影響地表水及土壤的環(huán)境甚至是生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時通過食物鏈的富集作用甚至是直接接觸進入人體,隨血液循環(huán)系統(tǒng)分布到全身各處。其中,全氟表面活性劑作為一種持久性有機污染物,其在體內(nèi)造成的潛在毒性及生物積累性,已引起全球廣泛關(guān)注。表面活性劑進入機體后會誘發(fā)一系列的毒性效應(yīng),在動物、細胞及分子層面均有報道。但是,目前對于表面活性劑在血液傳輸過程中造成的毒性作用的報道還較少,其毒性作用的效應(yīng)和機理,尚未闡明。同時,隨著全氟辛烷磺酰基化合物的禁用,對其替代品進入機體后是否會造成明顯的毒性,目前尚無定論。為了更好地評價和闡明表面活性劑在血液傳輸過程中造成的毒性效應(yīng)與作用機理,本研究從細胞和分子層面上研究了三種不同類型表面活性劑在血液傳輸過程中造成的毒性效應(yīng)與作用機理。第一章介紹了環(huán)境中表面活性劑的污染現(xiàn)狀以及表面活性劑毒性效應(yīng)的研究進展,概述了氧化應(yīng)激、氧化損傷及其調(diào)控和作用機制。通過文獻綜述,總結(jié)了本領(lǐng)域的研究進展和目前存在尚待解決的科學問題,并針對這些問題設(shè)計了本論文的研究方案。第二章以轉(zhuǎn)運蛋白人血清白蛋白(HSA)與牛血紅蛋白(BHb)為靶蛋白,從分子層面上研究了不同類型表面活性劑對蛋白結(jié)構(gòu)、功能的影響及機理。(1)以轉(zhuǎn)運蛋白HSA為靶蛋白,從分子層面上研究并比較了陰、陽離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)與HSA的相互作用的效應(yīng)與機制。結(jié)果表明,兩種小分子均主要通過靜電作用力與HSA結(jié)合,并且對HSA的結(jié)構(gòu)及功能造成影響。隨著CTAB濃度的增加,HSA的骨架結(jié)構(gòu)變松散,α-螺旋含量從51.6%降低至36.8%,β-折疊含量從7.5%增加至14.9%;SDS濃度的增加未使骨架結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,僅使HSA的α-螺旋含量降低3.2%,β-折疊含量增加2.9%�？梢钥闯�,CTAB對HSA結(jié)構(gòu)造成的影響明顯強于SDS。隨著SDS的加入,HSA的酯酶活性受到明顯抑制,嚴重影響HSA的催化功能;CTAB的加入會使HSA的酯酶活性先升高后下降,高濃度時對HSA酯酶活性的抑制弱F于SDS。結(jié)合分子對接的結(jié)果,由于SDS與HSA結(jié)合在酯酶活性中心區(qū)域,與關(guān)鍵氨基酸殘基直接發(fā)生相互作用,因此抑制了 HSA的酯酶活性。CTAB未與HSA結(jié)合在酯酶活性中心區(qū)域,在高濃度下對HSA的骨架及二級結(jié)構(gòu)造成的影響間接抑制HSA的酯酶活性。(2)以轉(zhuǎn)運蛋白HSA為靶蛋白,從分子層面上研究并比較了三種不同碳鏈長度的全氟表面活性劑全氟辛烷磺酸(PFOS)、全氟己烷磺酸(PFHS)及全氟丁烷磺酸(PFBS)與HSA的相互作用的效應(yīng)與機制。研究結(jié)果表明,三種小分子均通過靜電力與疏水作用力與HSA結(jié)合,其中靜電作用力占主導地位。隨著三種小分子的加入,對HSA的骨架及二級結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。隨著PFOS濃度的增加,HSA的α-螺旋含量升高1.8%,β-折疊含量降低3.7%;隨著PFHS濃度的增加,HSA的α-螺旋含量降低2.5%,β-折疊含量升高1.5%;而PFBS的加入使HSA的二級結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化。分子模擬結(jié)果顯示,三種小分子均與HSA結(jié)合在酯酶活性中心區(qū)域,與關(guān)鍵氨基酸殘基發(fā)生相互作用,阻止底物進入酯酶活性中心,因此抑制了 HSA的酯酶活性。當達到最高濃度時,HSA的酯酶活性分別降低約70%,60%及50%,可以看出,三種小分子對HSA結(jié)構(gòu)及功能的影響隨碳鏈長度的增長而增強。(3)以轉(zhuǎn)運蛋白BHb為靶蛋白,從分子層面研究并比較了全氟表面活性劑PFOS、PFHS及PFBS與BHb的相互作用的效應(yīng)與機制。結(jié)果表明,三種小分子均與BHb通過靜電與疏水作用力結(jié)合,其中靜電作用力占主導地位。隨著三種小分子的加入,BHb中色氨酸(Trp)及酪氨酸(Tyr)殘基所處的微環(huán)境未發(fā)生明顯變化,但分子模擬的結(jié)果表明,PFOS與PFHS與BHb結(jié)合在了關(guān)鍵的Trp 37殘基附近,造成的影響較未結(jié)合在該關(guān)鍵區(qū)域的PFBS所造成的影響大,這與BHb熒光光譜的變化情況相一致。隨著三種小分子濃度的增加,BHb的骨架結(jié)構(gòu)未發(fā)生明顯變化,二級結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量分別升高3.81%、2.62%與1.90%。PFOS的加入抑制了 BHb結(jié)合氧的能力,并引起了高鐵血紅素的生成,對BHb運輸氧的生理功能造成影響。而PFHS與PFBS的加入則未對BHb運輸氧的功能造成明顯影響。這說明三種小分子對BHb結(jié)構(gòu)及功能的影響隨碳鏈長度的增長而增強。第三章以血細胞為靶細胞,從細胞層面上研究了不同類型表面活性劑在血液傳輸過程中對紅細胞及白細胞產(chǎn)生的毒性效應(yīng)。(1)以紅細胞及白細胞為靶細胞,利用光譜學手段及細胞實驗,評價并闡述了不同碳鏈長度的全氟表面活性劑PFOS、PFHS及PFBS在血液傳輸過程中對紅細胞及白細胞產(chǎn)生的毒性效應(yīng)。研究結(jié)果表明,三種小分子對紅細胞的結(jié)構(gòu)并未造成明顯影響,但會影響紅細胞的正常生理功能。4h暴露下,隨著三種小分子的加入,血液總抗氧化能力輕微上升,緩解氧化應(yīng)激對血液產(chǎn)生的氧化損傷。但當濃度達到最高時,血液的抗氧化系統(tǒng)不足以應(yīng)對三種小分子引起的氧化應(yīng)激,過量的活性氧物質(zhì)(ROS)誘發(fā)氧化損傷,造成血液總抗氧化能力降低。24h暴露會影響白細胞活力,導致白細胞凋亡比例增加,造成細胞中ROS含量升高。這些結(jié)果說明三種小分子在血液傳輸?shù)倪^程中引起了氧化應(yīng)激并對血細胞產(chǎn)生了毒性,且毒性隨著碳鏈長度的增強而增強。(2)以紅細胞及白細胞為靶細胞,利用光譜學手段及細胞實驗,評價并闡述了陰、陽離子表面活性劑SDS與CTAB在血液傳輸過程中對紅細胞及白細胞產(chǎn)生的毒性效應(yīng)。實驗結(jié)果表明,低濃度下兩種小分子的加入會影響紅細胞的正常生理功能,當SDS濃度高于1×10-5 mol/L,CTAB濃度高于5×10-6 mol/L時,兩種小分子會使紅細胞出現(xiàn)明顯的溶血現(xiàn)象,破壞紅細胞的結(jié)構(gòu)。4h暴露下,隨著兩種小分子的加入,血液總抗氧化能力及氧化應(yīng)激相關(guān)指標上升,緩解氧化應(yīng)激對血液產(chǎn)生的氧化損傷。但當濃度達到最高時,血液的抗氧化系統(tǒng)不足以應(yīng)對兩種小分子引起的氧化應(yīng)激,過量的ROS誘發(fā)氧化損傷,造成相關(guān)指標降低。而24h的暴露會引發(fā)更明顯的毒性效應(yīng),導致白細胞活力明顯下降,白細胞中晚期凋亡細胞及死細胞的比例上升,白細胞中ROS含量明顯升高。這些結(jié)果說明兩種小分子在血液傳輸?shù)倪^程中引起了氧化應(yīng)激并對血細胞產(chǎn)生了毒性,且CTAB表現(xiàn)出的毒性作用強于SDS。第四章結(jié)合各部分研究的實驗結(jié)果,以PFOS作為全氟表面活性劑的代表,比較三種類型表面活性劑對HSA及血細胞產(chǎn)生的毒性效應(yīng)與機理的異同。從分子層面,低濃度條件下,三種小分子的添加對HSA的骨架及二級結(jié)構(gòu)未造成明顯影響,表現(xiàn)出一定的相似性。有所不同的是,在濃度達到1×10-5mol/L后,CTAB會對HSA的骨架及二級結(jié)構(gòu)造成明顯影響,而SDS與PFOS對HSA的骨架及二級結(jié)構(gòu)未造成明顯影響。由于與HSA結(jié)合在酯酶活性中心區(qū)域,SDS與PFOS的加入使HSA的酯酶活性受到明顯抑制,且隨著濃度的升高,SDS對HSA酯酶活性的抑制明顯強于PFOS。而CTAB的加入使HSA的酯酶活性先上升后下降,雖未與HSA結(jié)合在酯酶活性中心區(qū)域,但高濃度下對HSA結(jié)構(gòu)造成的影響間接抑制了 HSA的酯酶活性。三種表面活性劑對HSA結(jié)構(gòu)的影響由強到弱依次為CTAB、SDS、PFOS,但由于結(jié)合位置的不同,三種表面活性劑對HSA酯酶活性的影響由強到弱依次為SDS、PFOS、CTAB。從細胞層面,4h低濃度暴露下,三種表面活性劑對紅細胞生理功能的影響由強到弱依次為CTAB、SDS、PFOS。在高濃度下,SDS與CTAB會使紅細胞出現(xiàn)明顯的溶血現(xiàn)象,破壞紅細胞的結(jié)構(gòu),而PFOS未對紅細胞的結(jié)構(gòu)造成明顯影響。隨著三種小分子的加入,SDS與CTAB會造成血液總抗氧化能力及氧化應(yīng)激相關(guān)指標的升高,提高血液對氧化應(yīng)激的抵抗能力;而PFOS僅使血液的總抗氧化能力輕微上升。但當濃度達到最高時,抗氧化系統(tǒng)不足以應(yīng)對三種小分子引起的氧化應(yīng)激,過量的ROS誘發(fā)氧化損傷,造成相關(guān)指標降低。經(jīng)24h暴露后,三種小分子對白細胞均表現(xiàn)出一定的毒性作用,造成白細胞凋亡比例增加,白細胞中ROS含量明顯升高。有所不同的是,SDS與CTAB會造成白細胞活力的明顯下降,且CTAB造成的影響較SDS明顯,而PFOS則未對白細胞活力造成明顯影響。總的來說,三種表面活性劑對血細胞的毒性由強到弱依次為CTAB、SDS、PFOS。第五章對論文的工作進行了總結(jié),歸納了本研究中的創(chuàng)新點,分析了研究方法的不足,并展望了該領(lǐng)域的發(fā)展方向。
【圖文】：

掃描過程中使激發(fā)與發(fā)射波長間保持固定的間隔，當Ａ＞１５ｎｍ時，所得的同步逡逑光譜顯示為Ｔｙｒ殘基的光譜；而當Ａｋ＝６０ｎｍ時，所得的同步光譜顯示為Ｔｒｐ殘逡逑基的光譜［１７５〃７６］。圖２－２的實驗結(jié)果表明，隨著ＳＤＳ與ＣＴＡＢ濃度的增加，逡逑Ａ人＝６０ｎｍ的同步光譜強度先下降后上升，并且熒光峰出現(xiàn)明顯的藍移，這說明兩逡逑種小分子均會對Ｔｒｐ的微環(huán)境造成影響，降低Ｔｉｐ殘基周圍的極性，使Ｔｉｐ所處逡逑的微環(huán)境疏水性增加。有所不同的是，ＳＤＳ在２ｘｌ0＿６ｍ0ｌ／Ｌ后熒光峰開始增強，逡逑而ＣＴＡＢ在３ｘｌ0＿５邋ｍ0ｌ／Ｌ后使熒光峰增強，且ＣＴＡＢ使ＨＳＡ熒光猝滅的程度較逡逑ＳＤＳ大，這與熒光光譜的結(jié)果基本一致。圖２－３的實驗結(jié)果表明，隨著ＳＤＳ濃逡逑度的增加，ＡＸ＝１５ｎｍ的同步光譜強度上升，而ＣＴＡＢ使／Ｕ＝１５ｎｍ的同步光譜強逡逑度先下降，在丨ｘｌＯ＿６ｍ0ｌ／Ｌ后上升，二者均會使ＡＸ＝１５ｎｍ的同步光譜出現(xiàn)明顯逡逑的紅移

顯的減色紅移現(xiàn)象。在低濃度條件下，ＳＤＳ與ＣＴＡＢ均未對ＨＳＡ的骨架結(jié)構(gòu)造逡逑成明顯影響，而在高濃度條件下，，ＣＴＡＢ與ＨＳＡ的相互作用會導致ＨＳＡ的骨架逡逑結(jié)構(gòu)松散，發(fā)生去折疊現(xiàn)象。如圖２－５，隨著ＳＤＳ與ＣＴＡＢ濃度的增加，代表芳逡逑香族氨基酸殘基的吸收峰輕微增加，這說明兩種小分子對氨基酸殘基周圍的微環(huán)逡逑境造成了影響，與熒光光譜的結(jié)果基本一致。逡逑邐／／———邐邐；邐ｒ邋２０３．６邐邐Ｙ／—邋邋邐—邐逡逑＾邋ｊｑ邋．邐？邋Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ邋ＭＡＸ邐１邋ｇ，邐—邋Ａｂｓｏｒｂａｎｃｅ邋ＭＡＸ邐＿邋２０８逡逑．邐—Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ＭＡＸ邋丨邐－２０３．４邐＾邐－邋－邋Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ邋ＭＡＸ＇邋Ｚ逡逑ｉ＼邐．邐／邋＼＾邐－２０３．２邋Ｅ邐１．５－邋＊邐＇邐－２０７邋ｅ逡逑ｖ：：ｉ邋ｉ：邐＇＿？／逡逑Ｖ邋、７邐－２０２．６邋Ｏ）邋｜邋１－３＇邐？／邐0＞逡逑／八＇邐．２０ｉ逡逑－２０２．２邋＾邐＾邐／邐？＇、邐－２０３邋彡逡逑Ａ邋－２０２．０邐，邋１邋．邋ｚ－邐Ｂ邋？＿逡逑ｎ邐Ｄ邐－２０２逡逑１．５８－Ｌ－，邋邋邐
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X171.5

【參考文獻】

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本文編號：2598090