122 单细胞凝胶电泳试验在人群生物监测研究中的应用.pdf
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1、国外医学卫生学分册2 0 0 3 年第3 0 卷第6 期 3 7 7 2l22 e t a l . J . F o o d A d d i t C o n t a m , 1 8: 8 5 0 - 8 5 6 . e t a l 2324 1 8 : 2 6 3 - 2 6 9. V a e s s e n 1 1 0, J e t a t F o o d A d d i t C o n t a m. 2 0 0 1 叫l2j J . T o x i c o l E n v i m n C h e m M e v in E . e t a l . J . E n v im n H e a l
2、th P e t s p e c t , 1 9 9 8 , 1 0 6 : x 3 4 9 - x 3 5 6 G o c h f e ld M , e t a l . 1 . J O c c u p E n v iro n M e d , 2 0 0 1 , 4 3 : 4 3 3 - 4 3 4 K o h n M C , e t a l . J . R is k A n a l , 1 9 9 4 , 1 4 : 9 9 3 - 1 0 0 0 P o l i s J B , e t a l . 1 . T o x i c o l L e t t , 1 9 9 9 , 1 0 5 :
3、 2 5 1 - 2 6 0 H e n g s tle r J G , e t . l . J . D r u g M e ta b o l is m s R e v , 1 9 9 9 , 3 1 : 9 1 7 - 9 7 0 . v w J G , e t a l . J . T o x i c u l L e tt , 1 9 9 5 , 8 2 : 3 8 5 - 3 9 4. G r a s s m a n J A , e t a l . J . E n v i m n H e a l t h P e r - s p e c t , 1 9 9 8 , 1 0 6 : 7 6 1
4、 - 7 6 7 . W H O . S u m m a r y o f t h e F if ty - s e v e n t h m ee t i n g o f t h e j o i n t F A O / WH O E x p e r t C o m m i t t e e o n F o o d A d d i t i v e s R l . R o m e . 2 0 0 1 . 2 0-2 1 . 圈l. 队匹 国困 27呀 1 9 8 8 , 1 6 : 2 8 1 - 2 9 4 . R o th m a n N , e t a l . t J . C a ro i n o
5、 g e n e s i s , 1 9 9 0 , 1 1 : 1 2 4 1 - 1 2 4 3 K a n g D H , e t a l . J . 枷。 A m A s s o c C a n c e r R e s , 1 9 9 3 , 3 4 : 1 5 1 . T h o m p s o n P A , e t a l 一 J . E n v im n M o l M u ta g e n , 2 0 0 2 , 3 9 : 1 3 4 - 1 4 2 M a lf R i M A , e t a l . 1 . C a m i n n g e n e s i s . 1 9
6、 9 9 , 1 0: 7 1 巧- 7 1 3 M a g a g n o t ti C , e t a l . 1 . 1 n , J C a n c e r , t w o , 8 8 : 1 - 6 G u e n g e r i c h F P , e t a l . J . M u t R e s , 1 9 9 9 , 4 2 8 : 1 1 5 - 1 2 4. A m b ro s o n c C B , e t a l . ( 1 一 I n t 1 C a n c e r , 1 9 9 8 , 7 5. 8 2 5 - 8 3 0. lv网 l920 1 2 2 单细胞
7、凝胶电泳试验在人群生物监测研究中的应用 邢彩虹, 综述李桂兰 2 , 尹 松年2 审校 中国协和医科大学公共卫生学院, 北京1 0 0 0 2 1 中国疾病预防性制中心职业卫生所, 湘京1 0 0 0 5 0 摘要:单细胞凝胶电泳试验( S C G E ) 或称彗星试验 是一种在单细胞水平上评价遗传损伤, 进行人群生物监 测的新方法。由于技术简单, 费用低, 能够进行快速、 准确的大样本的人群监测, 筛检对D N A 损伤因素敏感的 高危人群。本文就彗星试验的原理及发展, 在环境暴肠、 临床、 生括方式等研究方面的应用及其敏感性、 影响 因素作一综述。 关健词: 单细胞凝胶电泳试验; D N
8、A损伤 * m分水$ - R - 3 3 1文献标识码: A文章编号: 1 0 0 1 - 1 2 2 6 ( 2 0 0 3 ) 0 6 - 0 3 7 7 - 0 6 对暴露于潜在致突变物或致癌物的人群 进行遗传学生物监测是对遗传疾病和癌症的 早期预警方法。在细胞遗传学标志物中, 应 用最广泛的是染色体畸变( C A s ) , 微核( M N ) 收稿日期: 2 0 0 3 - 0 5 - 2 0 ; 修回日期: 2 0 0 3 - 0 8 - 1 5 作者简介: 邢彩虹( 1 9 7 1 - )女, 硕士研究生, 研究方向: 苯基峪 与遗传损伤。 和姊妹染色单体交换( S C E s
9、) , 用于反映D N A 损伤剂的早期生物学效应。近几年来, 单细 胞凝胶电泳试验( S C G E ) 或称彗星试验作为 一种新技术被广泛应用于人群生物监测研 究。S C G E 技术应用的细胞类型比细胞遗传 学技术更广泛, 不仅能检测增殖细胞, 而且能 检测未增殖细胞, 并具有快速、 敏感的特点, 37 9 国外医学卫生学分册2 0 0 3 年第3 0卷第6期 而且只需要很少的细胞便可检测出细胞间 D N A损伤的差异 1 彗星试验的原理及发展 在R y d b e r g 等 仁 、 首 次 定量D N A 链断 裂后, O s tl in g 等 D ) 提出了 微 量电 泳 技 术
10、即 单 细 胞凝 胶电泳试验( S G G E ) 或称彗星试验。该技术是 在中性电泳条件下检测D N A双链断裂。随后 S in g h 等 3 将 实 验条 件改为 碱性( p H 1 3 ) , 使 之不仅能检测D N A单、 双链断裂, 而且能检测 碱性易变性位点( 一些只在碱性条件下才转变 成单链断裂的D N A损伤) 。在碱性条件下, D N A 双链解螺旋且碱变性为单链, D N A断链 和碱易变性断片从严密的超螺旋结构中释放 出来。由于单链断裂的碎片分子量小, 电泳时 带负电的断链或碎片离开核D N A向阳极迁移 形成“ 彗星” 影像。细胞 D N A受损愈严重, 产 生的断链
11、和碱性易变性断片就愈多, 断链或断 片愈小, 迁移的距离就愈长。通过测定 D N A 迁移部分的光密度或迁移长度, 可定量测定单 个细胞D N A的损伤程度。 彗星试验经进一步改进可用来检测 D N A - D N A / D N A 一 蛋 白质交联, 由于 D N A与 D N A分子或D N A与核蛋白的交互联结, 在电 泳过程中交联剂的存在将使 D N A移动困难 甚至减少。另外, 用损伤特异性核酸内切酶 消化类核( n u c l e o i d s ) 中的D N A , 能将特异的 D N A 损伤转换成链断裂, 如用核酸内切酶19 检测氧化的R Ile , 用甲酞胺基啥吮糖基化
12、酶 ( F P G ) 检测改变的嗦吟, 进一步提高了彗星 试验的敏感性和特异性。 在用D N A 结合荧光染料染色后, 用荧光 显微镜能够观察到彗星。尾部的荧光强度反 映了D N A断裂的程度, 从用目镜测微尺直接 观察到用计算机图像分析系统来评价, 彗星 的分析过程越来越简便。分析软件提供了一 系列评价参数, 如总长、 尾长、 D N A在尾部的 百分比、 尾矩 ( 尾长 x D N A在尾部的百分 比 ) , O l i v e尾矩等, 能更好地定量 D N A损 伤。 2 用于职业和环境暴露研究 工作场所和环境中存在的遗传毒物对人 群健康的影响已经引起人们的广泛关注。遗 传毒物致突变和
13、致癌变的主要原因是能够引 起细胞 D N A的损伤, 彗星试验以其对检测 D N A损伤的高度敏感性, 在职业及环境暴露 研究中广泛应用。 职 业暴露于 苯L0 到 、 多环芳烃6 、 铅川、 农 药川、 木屑粉 尘、 麻醉气体、 射线都能够引 起 显著的D N A损伤 链断裂) 。以苯为例, 应用 彗星试验对4 6 名接苯工人的研究发现, 累积 接苯浓度小于1 5 0 m g / ( 时 年) 或8 小时时间 加 权平均浓度小于1 6 . 5 m g / 耐时, 淋巴细胞 D N A链断裂均显著高于对照组, D N A损伤与 接苯浓度有明显的剂量一 反应关系 I l 。 在对 混苯( 含有苯
14、、 甲苯、 二甲苯) 作业工人的研究 中 发现苯浓度越高, D N A 损伤程度越大 io l Z h u 等L I 对汽车制造厂工人D N A 损伤的研究 发现6 个工种 3 4 6 人中, 油漆工的D N A损伤 程度最高, 其接苯浓度最高为1 3 8 . 5 m g / 耐。 除以上相对较高浓度的苯暴露研究以外, 彗 星试验对低浓度苯暴露也显示了较高的敏感 性。 3 4 名 机 场 装卸 工 暴 露于 苯3 . 3 m g l m “ , 1 2 名加油站服务员暴露于苯。 . 3 m g / 时 n 2 0 5 名电梯制造工人同时暴露于苯( 0 . 5 3.2.g/耐) 、 甲苯( 1
15、. 2 一 2 2 . 3 m g / k 3 ) 、 二甲苯 ( 0 . 5 一1 2 . O . g / m ) 及粉尘( 0 . 1 7一1 . 2 m g / 时户、 都引起显著的D N A 损伤, 这些低于最 大容许浓度的暴露浓度所引起的显著D N A 损伤说明, 目前的最大容许浓度和阂限值可 能不是预防遗传毒性作用的安全剂量。 另外, 在对职业暴露于多环芳烃的研究 中, 2 9 名橡胶生产厂工人淋巴细胞D N A损伤 显著增加, 用核酸内切酶皿和 F P G分别检测 氧化的畴吮和改变的嗓吟, 但结果无法进行 定量。因为暴露组中有很高的单链断裂, 这 种高水平的断裂再加上损伤位点转化
16、成的单 链断裂超出了S C G E的检测范围。A n g e l i s 等L H I 用中性电泳( p H二 8 . 0 ) 解决了 这一问 题。在对暴露于多环芳烃的2 8 1 名橡胶厂工 国外医学卫生学分册2 0 0 3 年第3 0 卷第6 期 3 7 9 人的研究中, 用蛋白酶K破坏多环芳烃的某 些代谢产物引起的D N A - D N A / D N A 一 蛋白质交 联后发现, 暴露组的D N A尾矩显著高于对照 组 s , F e a c a s s 。 等 t7 用彗 星 试验 检测了 铅暴 露工人的 D N A损伤, 发现铅暴露工人 D N A 损伤水平与谷胧甘肤水平呈显著负相关
17、, 与 活性氧族水平呈显著正相关, 作者认为铅暴 露减少了细胞内抗氧化剂的储备, 使得缺乏 谷胧甘肚的淋巴细胞产生氧化应激反应, 从 而使 D N A损伤增加。职业接触抗肿瘤药的 护士, D N A损伤显著增加, 证实了接触抗肿 瘤药又不进行安全防护给人带来的潜在的遗 传危险性, 强调了防护措施的必要性和重要 性。也有研究报道, 在暴露于甲苯和其他有 机溶剂的鞋厂工人a l 及城市污水处理厂的 工人中没有发现遗传损伤的增加。 用彗星试验发现, 空气污染也能够引起 显著的 D N A损伤( 链断裂) 。在切尔诺贝利 核辐射泄漏事故 1 0 年后, 暴露于核辐射儿童 的淋巴细胞中仍然能检测出高水平
18、的D N A 损伤, 证明长期暴露于环境中放射性污染物 所造成的D N A损伤可能与血浆中存在的断 裂剂有关 引 。在对室内空气污染的研究中 发现, 居民外周血淋巴细胞D N A损伤随室内 空气中氧浓度的增加而增高, 与饮水中氧的 浓度无相关关系。这为采取措施最大限度地 减 少室内空气中氛的含量提供了依据G s l 对燃煤污染型砷中毒患者的研究证实, 砷能 引起人血细胞D N A单链断裂, 其损伤早于临 床 表现, 并与尿砷、 发砷呈正相关 17 1 o C a 1 - d e ro n 等L n ) 检侧了空气污染严重的墨西哥城 儿童鼻上皮细胞的D N A损伤和8 - 经基鸟嗓 吟( 8 -
19、 O H d G ) 的浓度, 结果发现二者都显著增 高。在对空气污染引起遗传损伤的研究中, 比较白细胞、 颊粘膜细胞和鼻上皮细胞检测 环境暴露污染物的敏感性发现, 鼻粘膜细胞 最敏感。因为鼻粘膜细胞是最先接触有毒污 染物的细胞。彗星参数和 8 - O H d G被认为是 监测空气污染中人群 D N A损伤的有用工 具 。 3 临床研究 在临床研究中, 彗星试验用于评价疾病 的预防和治疗效果。用彗星试验评价糖尿病 患 者u n , 、 流产患者f20 1 以及接受麻醉病人的 D N A损伤( 链断裂) , 得到了有意义的结果 糖尿病患者的D N A损伤增加是由于血清中 脂质过氧化物的增加使自由
20、基大量形成所 致, 从而增加了搪尿病患者动脉粥样硬化和 血 管并发症的发生 19 1 。手术中使用麻醉剂 ( 异氟醚) 的患者 D N A损伤显著增加, 随后 D N A 损伤被修复, 但对于有D N A 修复遗传缺 陷的患者如着色性干皮病患者, 如果用异氟 醚麻醉可能会引起不可逆的D N A损伤。因 此, 检测患者尤其是反复接触麻醉剂的患者 的D N A 损伤情况是非常重要的。由于流感 病毒能够引 起显著的不可逆的D N A 损伤, 因 而彗星试验可以作为一个有效的筛查方法检 查 反复 患流 感的 患者和孕 妇的D N A 损伤l= u 另外, 通过检查羊水脱落细胞, 彗星试验可用 于着色性
21、干皮病的产前诊断。 彗星试验也用于评价放疗和化疗效果。 用彗星试验发现, 癌症患者 D N A损伤的基础 水平高于健康人, 这一现象说明, D N A损伤 的 增加与癌症本身有关, 癌症患者的D N A比 健康人更脆弱。O l i v e 等1 . 1 通过对肿瘤患者 进行活组织穿刺, 用彗星试验检测肿瘤内的 缺 氧细胞来评价治疗效果。 T u c k 等z3 7 用彗 星试验证实, 慢性淋巴细胞性白血病( C L L ) 患者的淋巴细胞缺少对紫外线引起的D N A 损伤的修复能力, 因而对紫外线高度敏感, 用 对正常细胞没有影响的低剂量紫外线照射就 能够杀死 C L L 细胞, 进一步证实放
22、疗可能是 治疗 C L L的有效方法。彗星试验也有助于 研究新药的作用机制, 以及分析抗肿瘤药间 的相互作用。不同的抗肿瘤药物引起 D N A 损伤而导致 D N A断裂的机制是不同的。一 些药可直接引起 D N A损伤, 另一些则需要通 过代谢活化作用, 还有一些则通过影响细胞 的功能引起 D N A链断裂。值得注意的是, 顺 铂和其他一些抑制细胞生长的药物在治疗癌 1 8 0 国外医学卫生学分册 2 0 0 3 年第3 0 卷第6 期 症时能引起 D N A交联。在彗星试验中这种 D N A交联使 D N A的迁移减少, 从而能将这类 药物与其他化疗药物区分开来。 彗星试验的临床应用不只限
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- 122 单细胞凝胶电泳试验在人群生物监测研究中的应用 单细胞 凝胶电泳 试验 人群 生物 监测 研究 中的 应用
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