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《南京信息工程大学》 2019年
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大气颗粒物中重金属组分对人肺癌细胞(A549)的毒性作用

袁月  
【摘要】:颗粒物污染是我国近阶段面临的主要大气环境问题之一,它所产生的健康效应更是引起了政府与公众的广泛关注。大气颗粒物是一种由多种组分组成的混合物,其中重金属组分含量虽然较低,但因其具有不可降解性、易富集性,被认为是大气颗粒物中重要的致毒组分。由于颗粒物中的重金属并不是单一存在的,各元素之间存在相互作用,人们目前对颗粒物中的主要重金属毒性成分及其毒性贡献还知之甚少。因此,本文通过细胞体外实验研究了颗粒物的重金属组分对人肺癌细胞(A549)的毒性效应、联合作用方式与生物机理。此外,我们还使用污染物混合作用预测模型进行了毒性效应的预测与评估,以期为颗粒物及其组分的空气质量标准制定和人体健康风险评价提供理论依据。主要的实验内容和研究结果如下:(1)颗粒物中主要的重金属毒性组分分析利用大气颗粒物标准样品(SRM 1648a)对A549细胞进行毒性实验,确定以细胞存活率为效应终点的半数有效浓度(EC_(50))为107.90 ppm;在EC_(50)浓度暴露时,通过螯合树脂去除重金属离子后,A549的细胞存活率显著增加了12.3%,计算得出重金属组分对大气颗粒物的毒性的贡献约占22.9±11.5%;根据颗粒物中的重金属含量,选取11种含量较高或毒性较强的元素(Zn、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、As、Se、Sr、Cd和Pb)进行单独暴露,发现其中6种重金属(Zn、Cr、Mn、Fe、Cu和Pb)可能是造成大气颗粒物细胞毒性的主要致毒元素,其EC_(50)顺序如下:FeCrMnZn≥CuPb。(2)主要重金属毒性组分的联合作用研究为了简化实验方案,我们选取之前确定的6种主要毒性重金属元素对A549细胞进行多元混合暴露。一般来说,Fe的存在显著减少了其他金属单一/共同暴露导致的细胞毒性,而-Fe组的细胞存活率则低于6种元素混合组,说明Fe可能是颗粒物中重金属混合作用的“拮抗剂”;相反,Mn能够促进其他金属的毒性,-Mn组的细胞存活率也显著高于6种元素混合组,可能作为颗粒物中重金属混合作用的“协同剂”;其他金属(Zn、Cu、Pb和Cr)对不同金属混合物的影响不同,这可能与它们是否存在相同的膜转运体和细胞内作用位点有关。(3)主要重金属毒性组分的联合作用预测通过获得相应的重金属毒性参数,我们使用了浓度加合模型(CA)、独立作用模型(IA)、集成加合模型(IAM)和集成加和相互作用模型(IAI)这四个模型,对多金属混合暴露A549细胞毒性进行了预测,与实验得到的金属联合毒性进行线性拟合分析,发现CA、IA、IAM模型预测结果均与实验值存在一定偏差,而IAI模型的线性相关系数最大(r~2=0.875),再证实了所研究的6种重金属之间存在相互作用,IAI模型更适合于颗粒物中多元金属的混合作用评估。但是对于IAI模型应用于其他细胞系、毒性终点、混合物的毒性预测还需要进一步研究。
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