焦炉逸散物致血液系统损伤的流行病学分析及机制研究

摘要

研究目的：
　　焦炉逸散物(Coke oven emissions，COE)由烟煤在高温乏氧的焦炉炭化室内干馏产生，并在其他生产过程弥散到空气中，是气体、蒸气和烟尘的统称，包含多种致癌物或促癌物，广泛存在于铝、钢、石墨、电气、建筑等行业中。焦炭生产不但对环境特别是空气造成污染，同时对职业暴露人群身体健康产生严重危害。慢性长期性暴露于COE可导致焦炉工人产生呼吸系统、消化系统损伤以及结膜炎等。癌症是COE暴露的主要问题，国际癌症研究署(International Agencyfor Research on Cancer, IARC)将COE确认为1类致癌物，我国卫生计生委等4部门将COE所致肺癌列为职业性肿瘤之一。在焦炉工人的健康监护中，除COE的致癌效应外，其对血液系统的损伤及其机制研究报道较少，是有待解决的职业卫生问题。
　　外源性化学物质经机体吸收后首先进入血液并达到较高浓度，代谢过程中也必须依靠血液来运输，所以外周血中各种血细胞容易受到外源性化学物的损伤。血液毒性的结局主要有血细胞生成异常、血红蛋白(Hemoglobin，HGB)异常和出血性疾病等。我们采用横断面的流行病学设计，选择焦炉工人为目标人群，检测作业环境中的COE浓度和工人COE内暴露水平，对工人进行血常规检查，评估不同COE暴露水平与血液系统损伤的关系。在此基础上，建立COE致人体血液细胞损伤的细胞模型，检测COE对白细胞造成的细胞毒性、氧化损伤、遗传物质损伤、核转录因子-κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)通路蛋白改变等，寻找COE致血液细胞损伤的关键通路，初步阐明COE致血液系统损伤的生物学机制，为进一步完善COE的健康损害效应评估，建立健全焦炉工人群的健康监护方案提供重要依据。
　　研究方法：
　　1.COE致血液系统损伤的流行病学分析选取山东省某焦化厂263名在职焦炉工人为COE暴露组，当地距离焦化厂3公里以外的氧气厂113名近一年来无明确肾脏病史的工人为对照组。对调查对象进行统一的问卷调查、一般体格检查、血常规检查等。调查问卷主要包括个人基本情况、工作经历、吸烟饮酒情况、既往病史及现病史等。收集工人班后尿液30～50ml，采用高效液相色谱(High performance liquid chromatography，HPLC)法测定工人尿中1-羟基芘(1-hydroxypyrene，1-OHP)水平，超高效液相色谱（Ultra-high performance liquid chromatography，UPLC）串联质谱(Massspectrometry，MS)方法测定工人尿中8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2'-deoxyguanosine，8-OHdG)水平，此外，采用HPLC法测定样本中尿肌酐的浓度，用以校正1-OHP和8-OhdG的个体差异水平。
　　2.COE致血液系统损伤的机制研究选取人急性早幼粒白血病细胞(Human acute promyelocytic leukemia cells，HL-60)，COE有机提取物为染毒物质，染毒用培养基中胎牛血清(Fetal BovineSerum，FBS)含量为5％。将COE有机提取物储备液溶于染毒培养基中稀释至终浓度为2.5、5、10、20μg/ml，1％DMSO为control组，染毒时间为24h与4d。采用CCK-8法、乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase，LDH)法和碘化丙啶(Propidium iodide，PI)/异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate，FITC)流式细胞术检测COE对细胞的毒性作用，2'，7'-二氢二氯荧光素二乙酸酯(Dichlorofluorescein diacetate，DCFH-DA)荧光探针检测细胞内活性氧自由基(Reactive oxygen species，ROS)水平的改变，硝基蓝四氮唑染料法检测细胞释放的ROS水平的改变，单细胞凝胶电泳实验(Single cell gel eleetrophoresis assay，SCGE)检测细胞的脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic acid, DNA）损伤情况，Western-Blot法检测NF-κB通路蛋白表达的改变情况。
　　研究结果：
　　1.COE致血液系统损伤的流行病学分析焦化厂工作环境中的COE浓度是对照厂的5倍多，工作环境中的COE浓度与工作位置相关性显著(P＜0.05)。与对照组工人相比，暴露组工人尿中1-OHP水平显著升高(P＜0.05)，在扣除了性别、年龄、体重指数(Body mass index，BMI)和吸烟饮酒的影响后，工人尿中1-OHP水平与是否接触COE之间相关关系显著（P＜0.05），提示其可以作为焦炉工人COE职业暴露的内暴露水平。
　　暴露组工人尿中8-OHdG的水平比对照组高51.3％(P＜0.05)，工人尿中8-OHdG水平与1-OHP水平线性正相关关系显著(P＜0.05)，提示COE对职业暴露人群产生一定的DNA氧化损伤，使其患癌风险增高。
　　血常规检查中，暴露组工人的白细胞计数(White blood cell count，WBC)低于对照组，但差异不显著（P＞0.05）。在暴露组工人中，WBC随工人尿中8-OHdG水平的升高呈下降趋势，差异具有临界显著性(P=0.055)。
　　2.COE致血液系统损伤的机制研究CCK-8、LDH、PI/FITC三种细胞毒性实验结果均显示，COE染毒能够对人体血液细胞造成一定的损伤。与control组相比，随着染毒剂量的升高，细胞存活率降低（P＜0.05），细胞释放的ROS水平升高(P＜0.05)，细胞DNA损伤加重(P＜0.05)，并且4d实验细胞损伤程度高于24h实验，细胞NF-κB通路蛋白表达水平升高（P＜0.05）。与COE2.5μg/ml剂量组相比，随着染毒剂量的升高，24h实验中细胞IκBα与NF-Kb p65蛋白表达下降(P＜0.05)，磷酸化IκBα与磷酸化NF-Kb p65蛋白表达升高(P＜0.05);4d实验中细胞的两组蛋白表达均升高(P＜0.05)，有较好的剂量效应关系。
　　结论：
　　1.COE可以导致职业暴露人群的血液系统中血细胞数目的改变，这可能与DNA氧化损伤有关。
　　2.在体外细胞学中发现，COE能够对白细胞HL-60造成一定程度的氧化损伤和遗传物质的损伤，随着染毒剂量的增加损伤加重。
　　3.COE导致白细胞的损伤改变可能与NF-κB通路活化有关。

目录

声明

摘要

符号说明

前言

第一部分 COE致血液系统损伤的流行病学分析

资料与方法

结果

讨论

第二部分 COE致血液系统损伤的机制研究

材料与方法

实验结果

讨论

结论

附录

参考文献

致谢

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