1,3-丁二烯作业工人接触评估与遗传损伤易感性研究

摘要

1，3-丁二烯(Butadiene，BD)是重要的化工原料，广泛用于合成橡胶、树脂、塑料等行业；同时也是一种重要的环境大气污染物，汽车尾气、卷烟烟气中均可检出[1]。2011年，我国BD产能达到了250万吨，成为重要的BD生产和消费大国。由于BD是确定的人类致癌物，庞大的职业接触人群的健康问题值得关注。
　　 BD作为确定的人类致癌剂，可导致多系统、多器官肿瘤的发生。对其致癌机制的研究认为主要是BD活性代谢产物导致遗传物质损伤而启动致癌过程。随着生产工艺的进步和卫生防护措施的加强，我国工人接触BD的水平大多低于国家卫生标准(2007年PC－TWA为5mg/m3)。但西方发达国家BD职业接触限值多为1ppm(2.2 mg/m3，PEL)，低于我国，因此有必要探讨在较低接触水平下，BD对作业工人的健康危害。在同样暴露环境中，并不是所有个体都会发生染色体损伤乃至肿瘤，提示接触BD个体的遗传损伤易感性不同。有关BD作业工人遗传损伤与代谢酶类多态性关系的研究已有报道，但对代谢通路上涉及的酶进行系统研究的报道尚少，并缺乏对代谢酶基因与基因之间，基因与环境之间联合作用进行的报道。
　　 本研究建立了UPLC－MS/MS方法测定尿中BD源巯基尿酸类代谢产物3，4－二羟基硫尿酸(DHBMA)和1－羟甲基－2－苯硫酚尿酸(MHBMA)，通过比较作业场所空气中BD含量和接触工人班末尿中代谢产物浓度，寻找更敏感的暴露标志物，来评估BD暴露对作业工人健康效应及染色体损伤的影响；通过分析BD作业工人的健康查体资料，检测工人血浆p53蛋白和抗体水平，检测外周血淋巴细胞遗传损伤状况，来探讨长期接触较低浓度BD时的主要效应标志物；通过人群研究，探讨代谢酶类基因多态性与BD致遗传物质损伤之间的关系，寻找易感性标志物，以保护高危人群。
　　 本次调查现场为某合成橡胶厂，研究对象接触组为该厂BD作业工人200例(男154例，女46例)，平均年龄40.94±7.70岁，平均工龄21.68±14.70年。对照组179例，其中该企业内不接触BD的锅炉厂工人和行政人员89例(男66例，女23例)，平均年龄42.75±7.04岁，当地健康对照人群90例(男56例，女34例)，平均年龄39.92±10.80岁。
　　 选择44例BD接触工人和25例不接触BD和其他化学毒物的健康志愿者，收集班末尿，用固相微萃取柱对尿液进行处理，UPLC－MS/MS检测，同位素内标定量尿液中BD代谢产物3，4－二羟基硫尿酸和1－羟甲基－2－苯硫酚尿酸两种巯基尿酸的浓度，同时用气相色谱－火焰离子化检测器(GC－FID)测定工人作业场所空气中BD浓度，比较其内、外暴露指标之间的相关性。应用多元线性回归分析BD接触工人尿中代谢产物含量与BD外接触剂量及可能的混杂因素年龄、性别、吸烟、饮酒、工龄等因素的关系。结果显示尿中DHBMA的浓度受空气中BD含量影响显著(spearman r=0.539，P=0.001)，回归方程式为y=2.417+0.520*x。模型的调整R2为0.262，性别、工龄、吸烟、饮酒被排除在模型外。经分析，这些因素对尿中MHBMA浓度的影响不显著。因此认为，在职业环境暴露水平下，班末尿中DHBMA可以作为BD近期接触的内剂量标志物。
　　 选择BD接触工人200例(男154例，女46例)，对照人数89例(男66例，女23例)；通过健康监护资料，对BD接触工人查体发现的异常指标包括肝功能(血清丙氨酸氨基转移酶、γ-谷氨酰肽氨基转移酶)和肝、胆、肾B超，肾功能及心血管等进行分析，未发现这些异常指标在BD接触组和对照组间的差异具有统计学意义(P>0.05)。将研究对象的血常规指标：白细胞、红细胞和血小板计数、血红蛋白含量和红细胞比积进行定量分析和T检验，发现BD接触组血红蛋白含量显著高于对照组(P<0.001)，这种现象发生的原因尚待探讨。其他指标包括白细胞计数在内与对照组相比未发现明显差异。在目前职业BD接触水平较低的情况下，虽然肝功能和肝B超检测结果不能作为BD接触的特异指标，但这两项指标在BD职业工人健康监护中仍有一定意义。虽然白细胞计数在此人群中无异常变化，考虑到BD已被列为确定人类致癌物，能够引起白血病，在今后健康监护过程中，应注意血常规指标的检测，建议增加白细胞分型的检测。
　　 选择BD接触工人90例(男63例，女27例)，年龄范围为24～59岁(平均42.10岁)，平均工龄21.74年，和对照人员90例(男56例，女34例)，年龄范围为21～60岁(平均39.92岁)。用酶联免疫吸附实验(ELISA)对研究对象血浆中p53蛋白和抗体浓度进行了检测，结果显示p53抗体在接触组和对照组的表达存在统计学差异(P<0.05)，p53蛋白和抗体联合阳性指标亦存在统计学差异(P<0.01)，但是p53蛋白表达不存在统计学差异。本结果显示血浆p53蛋白和抗体联合阳性指标可以作为BD致机体早期损伤的敏感指标，需在以后的调查研究中仔细考虑吸烟、饮酒、营养、性别，年龄等多个影响因素后，才可以判断是否能够将血浆p53指标作为有效的生物标志物。
　　 利用胞质分裂阻滞微核实验(CBMN)、姐妹染色单体交换实验(SCE)和染色体畸变实验(CA)对BD接触工人和对照人群染色体损伤情况进行检测，共获得71例(接触组44例，对照组27例)微核结果，33例(接触组23例，对照组10例)SCE结果，186例(接触组99例，对照组87例)CA结果。分析显示，SCE和CA发生率在BD接触组和对照组间差异无统计学意义(SCE：FR1.14，95％CI：0.81-1.61；CA：FR1.25，95％CI：0.88-1.78)。控制年龄、性别、吸烟、饮酒等因素，BD接触组外周血淋巴细胞微核细胞率(简称微核率)，显著高于对照组(FR1.48，95％CI：1.14-1.91，P<0.01)。以累积接触剂量的中位数24.80 mg/m3为界，将BD作业工人划分为高、低接触组。多元poisson回归显示，与对照组比较，只有在BD累积接触水平较高时，作业工人微核率明显上升，且差异具有显著性(FR1.59，95％CI：1.18-2.15，P<0.05)；BD累积接触水平较低的作业工人的微核率虽上升，但差异无显著性(FR1.31，95％CI：0.95-1.80，P>0.05)。初步分析结果提示外周血淋巴细胞微核率可以作为评价BD接触的染色体损伤的效应指标。
　　 应用PCR-RFLP和多重PCR法对134例BD接触工人和39例对照的代谢酶基因多态性进行检测，并对其基因型分布和等位基因频率进行统计描述，H-W平衡检验结果显示所研究基因位点多态在该人群中的分布符合遗传平衡定律，各基因型分布在接触组和对照组间无明显差异。选择参与BD代谢过程的5个关键酶基因：CYP2E1、GSIT1、GSTM1、GSTP1和mEH，对其6个常见多态位点：CYP2E15’启动子区clc2，GSTT1和GSTM1存在/缺失，GSTP1 Ile105 Glu，mEH3 His113 Tyr，mEH4 His139 Arg，进行了基因型的检测和分析。从上述人群中选出完成微核实验并且成功进行基因多态检测的BD接触工人44例和对照27例作为遗传损伤易感性研究对象，继而以外周血淋巴细胞微核率作为染色体损伤的效应指标，应用poisson回归分析各多态位点基因型与染色体损伤之间的关系(单因素)。多元poisson回归分析微核发生的主要危险因素，在平衡可能的混杂因素如年龄、性别、BD接触剂量以及吸烟、饮酒等因素后，进入方程的变量有GSTT1、GSTM1、mEH。因此认为，GSTT1、GSTM1和mEH为BD作业工人遗传损伤的易感基因，GSTT1(-)、GSTM1(-)、mEH(L)酶低活性可显著增加BD致染色体损伤的危险。分别以携带GSTT1(+)、GSTM1(+)或mEH(H)酶高活性基因型个体为参照，GSTT1(-)基因型可使BD作业工人微核发生率增加1.33倍，95％CI为1.01-1.75；GSTM1(-)基因型可使作业工人微核率增加1.37倍，95％CI为1.03-1.83；mEH(L)酶低活性可使作业工人微核率增加1.85倍，95％CI为1.08－3.17；均具有统计学意义(P<0.05)。CYP2E1和GSTP1多态性经调整混杂因素后，其突变基因型对微核发生的影响不具有统计学意义(P>0.05)。故本研究认为GSTT1(-)、GSTM1(－)、mEH(L)酶低活性可能是BD致染色体损伤的危险基因型，携带者可能是BD作业人群遗传损伤的易感者。
　　 控制相应的混杂因素，分析基因－基因、基因－环境联合作用对BD作业工人MN率变化的影响，发现GSTT1与GSTM1两易感基因在BD致机体遗传损伤效应上存在明显的交互作用；分别对GSTT1、GSTM1与BD暴露水平联合作用对遗传损伤效应的影响进行分析，结果显示，GSTT1、GSTM1分别与BD暴露水平间存在联合作用。
　　 综上所述，在我国现行卫生标准规定的职业接触限值条件下，长期接触低浓度BD仍可引起遗传损伤，血浆或血清p53蛋白和抗体联合阳性指标可作为职业性接触BD工人健康监护的一项早期检测指标。外周血淋巴细胞微核率可作为接触BD致机体遗传损伤的效应生物标志物。BD作业工人遗传损伤的发生是遗传因素、营养因素、生活习惯、丁二烯作业等综合影响的结果，对丁二烯作业工人的健康监护应全面考虑这些因素。毒物代谢酶基因多态性与BD致遗传损伤有关，开展这方面的研究有助于阐明BD的致癌机制，而研究中易感基因型的发现也可以为识别高危人群提供理论依据。