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编号:10259764
人造矿物纤维对细胞DNA损伤作用的体外研究
http://www.100md.com 《中华劳动卫生职业病杂志》 1999年第1期
     作者:王起恩 顾志刚 韩春华 柳德米拉.曲路 吴卫东 神山宣彦 刘世杰

    单位:100083 北京,北京医科大学劳动卫生教研室(王起恩、吴卫东、刘世杰),预防93级学生(顾志刚、柳德米拉.曲路);北京体育师范学院(韩春华);日本国劳动省产业医学综合研究所(神山宣彦)

    关键词:人造矿物纤维;DNA损伤和修复;DNA-DNA链间交联

    人造矿物纤维对细胞DNA损伤作用的体外研究

    【摘要】 目的 比较研究10种人造矿物纤维(MMMF)对人肺泡上皮细胞(A549细胞)DNA的损伤及修复作用。方法 选用日本纤维状物质研究协会提供的10种标准人造矿物纤维(JFM),用单细胞凝胶电泳法,以A549细胞作为靶细胞,测定了细胞DNA链断裂、损伤后修复及DNA-DNA链间交联。结果 10种JFM纤维都可引起不同程度的DNA链断裂、DNA-DNA链间交联及抑制DNA损伤后的修复功能。综合分析发现:微细玻璃纤维的遗传毒性最强,硅灰石的遗传毒性最低。它们的作用程度均低于温石棉。结论 JFM纤维均具有一定程度的体外遗传毒性,但均低于UICC温石棉B。
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    In vitro study on the DNA injuries induced by man-made mineral fibers

    Wang Qien*,Gu Zhigang,Han Chunhua,et al.* Department of Occupational Health,Beijing Medical University,Beijing 100083

    【Abstract】 Objective To study and compare DNA injuries and repair induced by 10 kinds of man-made mineral fibers(MMMF) in human alveolar epithelial cell line(A549 cell).Methods Single-cell gel electrophoresis(SCGE) assay was used to detect DNA strand breaks,DNA-DNA interstrand crosslink and the ability of DNA repair when A549 cells were incubated with 10 kinds of JFM fibers and UICC chrysotile B respectively.Results All of 10 kinds of JFM fibers could induce DNA strand breaks,DNA-DNA interstrand crosslink and inhibit the ability of DNA repair,but all of these effects were lower than that of chrysotile and were different among them.Conclusion All of 10 kinds of JFM fibers had genotoxicity with different degrees in vitro,but lower than that of chrysotile B.
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    【Key words】 Man-made mineral fiber DNA injury and repair DNA-DNA crosslink

    近年来许多人造矿物纤维(MMMF)被用作石棉的代用品,由于MMMF与石棉理化特性类似,因此可能具有与石棉相似的有害生物学作用[1]。流行病学调查也未发现MMMF与人类肿瘤有关[2],尚不能确定MMMF是否具有致癌性。为了解常用的MMMF的遗传毒性,本研究选用日本纤维状物质研究协会提供的10种标准人造矿物纤维(JFM纤维)及国际癌症防治联合会(UICC)温石棉B,以已建株的人肺泡上皮细胞(A549细胞)作为靶细胞,在体外用单细胞凝胶电泳法测定并比较了这些矿物纤维对细胞DNA链断裂、DNA-DNA链间交联以及DNA损伤后的修复能力等的影响。

    材料与方法

    1.材料:(1)人造矿物纤维:JFM纤维由日本纤维状物质研究协会提供,其主要名称及特征见表1[3]。阳性对照组为UICC温石棉B。(2)细胞:人肺泡上皮细胞(A549细胞):由曲青山教授提供。
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    表1 实验所用的矿物纤维的名称、长度及直径

    Table 1 The name,length and diameter of mineralfibers used in this study

    样品

    Samples

    长度

    Length(μm)

    直径

    Diameter(μg)

    玻璃棉(GW1)

    Glass wool
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    20.2

    0.88

    岩棉(RW1)

    Rock wool

    16.5

    1.80

    微细玻璃棉(MG1)

    Micro glass fiber

    3.0

    0.24

    耐火纤维(陶瓷纤维)(RF1)

    Refractory fibres
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    12.0

    0.77

    耐火纤维(陶瓷纤维)(RF2)

    Refractory fibres

    11.0

    1.10

    耐火纤维(富铝红柱石)(RF3)

    Refractory fibres

    11.0

    2.40

    钛酸钾须晶(PT1)

    Potassium titanate whisker
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    6.0

    0.35

    碳化硅须晶(SC1)

    Silicon carbide whisker

    6.4

    0.30

    氧化钛须晶(TO1)

    Titanium oxide whisker

    2.1

    0.14

    硅灰石(天然矿物纤维)(WO1)

    Wollastonite(nature mineral fiber)
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    10.5

    1.00

    2.方法:(1)DNA损伤及修复实验(单细胞凝胶电泳法):取12瓶长至对数生长期的A549细胞,分别加入200μg/ml的JFM纤维或温石棉。37℃培养1小时后,用胰酶消化细胞,制备细胞悬液,待测。同时取12瓶A549细胞分别用200μg/ml JFM纤维或温石棉染毒1小时后,去除纤维,加入新鲜的含10%小牛血清的MEM,继续培养4小时,然后用胰酶消化,制备细胞悬液,待测。(2)DNA-DNA交联测定[4]:取13瓶长至对数生长期的A549细胞分别加入200 μg/ml的JFM纤维或温石棉。在37℃培养半小时后,每瓶加入90μmol/ml的甲基甲磺酸(MMS)。继续培养半小时,再用胰酶消化,制备细胞悬液,待测。(3)单细胞凝胶电泳:参看文献[5]。制好的胶板经裂解、电泳、中和染色后,在荧光显微镜下观察细胞电泳图像,用目镜测微尺测量细胞的尾长和总长,以尾长/总长代表损伤程度。15-1.gif (9118 bytes)
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    3.统计方法:用Primer软件对数据进行t检验。

    结 果

    1.JFM纤维对A549细胞DNA的损伤作用及修复功能的影响:由表2可见,10种JFM纤维和温石棉均可明显引起A549细胞DNA链的断裂,其中RF1的作用与温石棉相似;其它JFM纤维的作用均明显低于温石棉。JFM纤维和温石棉与A549细胞作用1小时后再修复4小时,JFM纤维与温石棉所致的DNA损伤均有不同程度的修复,但除WO1外,所有JFM纤维与温石棉所致的DNA损伤均未修复到对照组水平,其中GW1、PT1、MG1、RW1所引起的DNA损伤后的修复程度均低于温石棉。

    表2 JFM纤维对A549细胞DNA链断裂及损伤后修复功能的影响(n=30)

    Table 2 Effects of JFM fibers on DNA strand breaks and repair
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    ability after injury in A549 cells(n=30)

    受试物

    Tested materials

    作用1小时后尾长/总长

    Tail length/Total length after 1 h

    incubation(6.gif (261 bytes)±s)

    作用1小时修复4小时的尾长/总长

    Tail length/Total length after 1 h incubation
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    and 4 h repair(6.gif (261 bytes)±s)

    修复率

    Rate of repair

    (%)

    GW1

    0.410±0.076**##

    0.336±0.083##

    18.0

    PT1
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    0.442±0.071**##

    0.336±0.109##

    24.0

    MG1

    0.444±0.067**##

    0.331±0.105*##

    25.5

    RW1

    0.378±0.098**##

    0.279±0.144**##
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    26.2

    温石棉 Chrysotile

    0.551±0.038##

    0.393±0.132##

    28.7

    TO1

    0.402±0.102**##

    0.261±0.134**##

    35.1

    SC1

    0.309±0.115**##
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    0.197±0.149**##

    36.2

    RF3

    0.436±0.080**##

    0.266±0.126**##

    39.0

    RF2

    0.430±0.086**##

    0.215±0.100**##

    50.0
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    RF1

    0.539±0.079##

    0.239±0.128**##

    55.7

    WO1

    0.357±0.071**##

    0.085±0.114**

    76.2

    对照组 Control

    0.036±0.092

    与对照组比较,##P<0.01;与温石棉组比较,**P<0.01 ##P<0.01 vs. control;**P<0.01 vs. chrysotile
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    2.JFM纤维对A549细胞DNA-DNA链间交联的影响:由表3可见,当MMS与10种JFM纤维和温石棉同时作用于A549细胞后所产生的DNA断片均少于MMS单独作用组。提示10种JFM纤维和温石棉均可导致A549细胞产生DNA-DNA链间交联。其中温石棉引起的交联程度最大,其次为MG1、SC1、RW1、PT1、RF3、TO1、RF1、WO1、RF2、GW1。

    表3 JFM纤维对A549细胞DNA-DNA链交联的影响(n=30)

    Table 3 Effects of JFM fibers on DNA-DNA crosslinkin A549 cells(n=30)

    受试物

    Tested

    materials
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    MMS

    (μmol/L)

    尾长/总长

    Tail length/

    Total length(6.gif (261 bytes)±s)

    DNA链间交联率

    Rate of DNA

    crosslink(%)

    温石棉

    Chrysotile
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    90

    0.500±0.070

    31.7

    MG1

    90

    0.573±0.086

    25.5

    SC1

    90

    0.551±0.079

    24.7

    RW1

    90
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    0.562±0.072

    23.2

    PT1

    90

    0.545±0.047

    21.5

    RF3

    90

    0.576±0.116

    21.3

    YO1

    90

    0.579±0.064
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    20.9

    RF1

    90

    0.607±0.058

    17.1

    WO1

    90

    0.615±0.064

    16.0

    RF2

    90

    0.648±0.065

    11.5
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    GW1

    90

    0.669±0.052

    8.6

    MMS

    90

    0.738±0.034

    0.0

    空白对照

    Control

    0

    0.108±0.034

    3.10种JFM纤维与石棉遗传毒性的比较:将10种JFM纤维和温石棉对DNA链断裂、DNA修复功能、DNA-DNA链间交联3个指标的影响程度由高到低进行排序,并将其序号相加,10种JFM纤维和温石棉的遗传毒性大小依次为:温石棉、MG1、PT1、RW1、GW1、RF3、SC1、TO1、RF1、RF2、WO1。
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    讨 论

    本研究结果表明:10种JFM纤维均可不同程度地引起DNA链断裂及DNA-DNA链间交联,但损伤程度均低于温石棉的作用。JFM纤维作用于A549细胞1小时后修复4小时,其4小时的DNA修复率,除GW1、MG1、PT1和RW1外均高于温石棉,提示多数JFM纤维对DNA损伤后修复能力的抑制作用均低于温石棉。10种JFM纤维的遗传毒性各不相同,有的甚至相差很多。根据改进的Stanton假说,矿物纤维的致病性不仅随纤维的尺寸变化而变化,也与纤维的类型包括化学构成、晶体结构、表面物理化学特性有关[6]。本研究所采用的10种JFM纤维及温石棉的尺寸及纤维类型各不相同,且采用的是重量浓度。由于单位重量所含有的纤维数目不同[7],因此会表现出其效应的差异。本研究是短时间(1小时)染毒的体外实验,因此还有许多与纤维致病性有关的因素未考虑进去,如纤维的呼吸性、纤维在呼吸道的沉积、纤维在肺组织中的滞留等。已知纤维的溶解性(即纤维在肺组织中的滞留性)与其致病性有密切关系,而不同的MMMF在细胞内和细胞外的溶解性也不同[8],因此本研究的体外实验结果还不能完全说明MMMF的遗传毒性。
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    近年来的研究表明:在矿物纤维(包括天然和人造矿物纤维)的致病过程中,活性氧起了重要作用[9]。玻璃纤维和耐火陶瓷纤维RCF1都可引起大鼠肺泡巨噬细胞不同程度的氧化应激[10]。MMVF和RCF可引起质粒phiX174RFI DNA损伤,甘露醇可抑制这种损伤而铁络合剂却不能,提示MMVF和RCF是通过OH·造成DNA的损伤,但它们在产生自由基的过程中与铁无关[11]

    虽然近年来许多动物实验均未发现玻璃纤维和矿棉能引起动物肺部肿瘤,人群流行病学调查也缺乏MMMF致癌的阳性资料[2],但本研究的结果表明10种JFM纤维在体外实验中确实存在不同程度的遗传毒性,虽然这些遗传毒性均低于温石棉,但由于MMMF近年来应用甚广,有必要对其致癌性做进一步的深入研究。

    本课题受日本日中医学协会资助

, 百拇医药     参 考 文 献

    [1] Fujino A,Hori H,Higahi T,et al.In vitro biological study evaluates the toxic potential of fibrous materials.Int J Occup Environ Health,1995,1:21-28.

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    (收稿:1998-07-15 修回:1998-09-25), http://www.100md.com