HGPRT基因突变试验和SOS/umu显色试验在饮水消毒副产物遗传毒性风险评价中的应用研究

摘要

饮用水经消毒处理后产生大量消毒副产物，研究表明一些饮用水消毒副产物（DBPs）具有遗传毒性和/或致癌性，是影响饮水安全的重要因素。饮用水中DBPs成分繁多，均以混合暴露的形式作用于人体，且生物学效应远较单一物质复杂。运用长期动物致癌性试验及相应的人群流行病学调查等评价方法来判断DBPs混合暴露对健康的影响受到现有技术手段限制还存在诸多困难。因此，构建一套由多种短期遗传毒理学试验组成的检测体系，对饮用水中DBPs混合暴露的遗传毒性效应进行安全性评价具有重要现实意义。
　　 目的:应用HGPRT（次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核糖转移酶）基因突变试验和SOS/umu 显色试验，对饮用水中具有遗传毒性或致癌性的13种DBPs的遗传毒性进行分析和验证，应用微板法对DBPs 致靶细胞的细胞毒性进行研究，评价DBPs的细胞毒性与遗传毒性之间的关系，丰富该13种DBPs的毒理学资料。应用上述遗传毒理学试验方法，对加氯消毒前后的水样提取物的致突变性和遗传毒性特征进行分析和评价，探讨哺乳动物细胞HGPRT基因突变试验及SOS/umu 试验在饮用水安全性评价中应用的可行性，为将其纳入到饮水安全性评价体系的合理性提供实验依据。
　　 方法：（1）应用微板法细胞毒性试验检测13种DBPs 致中国仓鼠卵巢细胞CHO及沙门氏菌的细胞毒性。以多剂量水平的DBPs 进行染毒，CHO 细胞染毒时间为72小时，沙门氏菌染毒2小时，结束后检测吸光度值，计算相对阴性对照的CHO 细胞或沙门氏菌的生存率。曲线拟合后，计算细胞毒性潜力值。应用HGPRT基因突变试验分析13种DBPs 诱发CHO 细胞基因突变的能力，每种DBPs 均设四个染毒剂量、同时设一个阴性对照和一个阳性对照，染毒时间为4小时。绘制剂量-反应关系曲线，以斜率做为遗传毒性潜力值。应用SOS/umu 显色试验检测13种DBPs 对沙门氏菌DNA的损伤能力，每种DBPs 均设立多水平的染毒剂量，染毒时间为2小时。以酶活性诱导比值超过2 作为判定DBPs 为遗传毒性阳性的标准，经曲线拟合后计算遗传毒性潜力，以此比较13种DPBs 遗传毒性的强弱。（2）分别采集1、5及7月武汉市某水厂以汉江水为水源的原水、消毒处理后的出厂水及管网末梢水，水样酸化(pH=2)后，以XAD-2大孔树脂提取水样有机污染物。在CHO/HGPRT 试验中，水样有机提取物设四个染毒剂量，分别相当于1.2、6、30及150ml 水样/ml 培养液，染毒时间为24小时。而SOS/umu 显色试验的染毒剂量范围则相当于1-2000ml 水样/ml 培养液，染毒时间为2小时。通过HGPRT基因突变频率的改变及计算SOS/umu的遗传毒性潜力值评价水样有机提取物遗传毒性的强弱。
　　 结果：（1）根据细胞毒性潜力值的大小，13种DBPs 致CHO 细胞毒性强弱的排序为：二溴乙腈（DBN）>碘乙酸（IA）>溴氯乙腈（BCN）>溴乙酸（BA）>3-氯-4-（二氯甲基）-5 羟基-2（5 氢）-呋喃酮（MX）>二氯乙腈（DCN）>氯乙腈（CN）>三氯乙腈（TCN）>二溴乙酸（DBA）>氯乙酸（CA）>水合氯醛（CH）>二氯乙酸（DCA）>三氯乙酸（TCA）。13种DBPs中有9种可明显诱导CHO 细胞的HGPRT基因突变，它们对CHO 细胞的遗传毒性潜力排序为：MX>DBN>IA>DBA>DCN>TCN>BA>CA>DCA，有4种DBPs 包括BCN、CN、CH和TCA，在CHO/HGPRT试验中未检测到致突变作用。（2）13种DBPs 致沙门氏菌细胞毒性强弱的排序为MX>IA>DBN>BCN>BA>TCN>DCN>CA>DCA>DBA>CN>TCA>CH。13种DBPs中有8种可明显诱导沙门氏菌的SOS 反应，它们对沙门氏菌的遗传毒性大小排序为：MX>DBN>IA>BCN>BA>TCN>DBA>DCA，有5种DBPs 包括CN、DCN、CA、TCA和CH 在SOS/umu 显色试验中未检测到遗传毒性作用。（3）在连续采集的三个月份水样中，1月的出厂水及末梢水在最高染毒剂量（150ml/ml）时，可致CHO 细胞的HGPRT基因突变频率显著升高。5月的末梢水在30ml/ml的剂量时即可检测到致突变性。同时，在最高的染毒剂量下，1月的出厂水及末梢水、5月的末梢水的致突变性均强于各自原水的致突变性。7月的水样在HGPRT突变试验中呈阴性结果。在SOS/umu 试验中，除5月的原水为阴性外，其余水样均检测到致沙门氏菌的遗传毒性作用。遗传潜力值大小排序为：出厂水>末梢水>源水（1、5月）；源水>末梢水>出厂水（7月）。
　　 结论：CHO/HGPRT基因突变试验和SOS/umu 显色试验可有效检测13种DBPs及水样提取物的遗传毒性作用，并可对其遗传毒性的强弱进行量化。13种DBPs 对CHO 细胞及沙门氏菌的细胞毒性大小与其遗传毒性强弱高度相关。通过用健康风险等级较高的DBPs 对上述方法进行验证和对加氯消毒前后水样的遗传毒性的分析和评价，证实结果有较高的可信度。可以考虑将这两种试验方法纳入到饮用水的安全性评价体系中。

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前言

第一部分饮用水中13种DBPs致哺乳动物细胞及沙门氏菌遗传毒性损伤效应的检测

第二部分应用HGPRT基因突变实验和SOS/umu试验评价饮用水提取物的遗传毒性

创新点

参考文献

综述饮水中卤代乙酸、乙腈类消毒副产物遗传毒性实验研究的进展

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