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目的: 苯并(a)芘(benzo[a]pyrene,BaP)是多环芳烃类化合物的典型代表之一,于各种环境介质中广泛存在,具有很强的致癌性,被国际癌症研究机构列为1类致癌物。滴滴涕(2,2-bis(4-chlorophenyl)-1,1,1-trichloroethane,DDT)曾是生产及使用范围最广的一类有机氯农药,在环境中非常难于降解,具有高亲脂性,可以对哺乳动物的肝脏、肾脏、神经等系统造成损害。BaP和DDT常共存于环境并可通过食物链的生物放大作用富集于人体,危害人类健康。因此,探讨二者联合暴露对机体的毒性效应及机制,不仅可以揭示二者联合效应的作用模式,更为评估多种污染物联合暴露的生态安全性提供科学依据,具较好的理论价值和现实意义。 方法: 以遗传毒理学试验研究中常用的HepG2细胞株为研究对象,以DNA损伤早期出现的组蛋白H2AX磷酸化焦点γH2AX(gamma-H2AX)的形成为效应指标,设0.1%二甲基亚砜(DMSO)为溶剂对照组,12.5、25、50μmol/L BaP和0.1、1、10μmol/L DDT为处理组。单独暴露组为上述浓度的BaP或DDT分别作用24h;联合暴露组为0.1、1或10μmol/L的DDT处理HepG2细胞24h后,再分别加入12.5、25或50μmol/L的BaP作用24h。采用免疫荧光及westernblot法分析单独及联合暴露组γH2AX焦点及蛋白的表达量,明确二者联合作用的毒效应类型。针对具有明确联合毒效应的组别:采用western blot法检测磷酸化蛋白p-p38、p-ERK和p-JNK的表达,揭示丝裂原活化蛋白激酶家族(mitogen-activated protein kinase,MAPK)的三条经典信号通路:c-jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase,JNK)通路、细胞外信号调节激酶(extracelluar signal-regulated kinase,ERK)通路和/或P38MAPK通路的活化情况;采用细胞色素P4501A(cytochromeP4501A,CYP4501A)抑制剂α-萘黄酮(α-Naphthoflavone,ANF)预处理1h后,检测γH2AX、CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1蛋白的表达,找到参与BaP和DDT联合暴露致DNA损伤效应的CYPP450酶;采用MAPK通路抑制剂SB203580和PD98059处理30min后,检测γH2AX、CYP1A1、CYP1A2和CYP1B1蛋白的表达,探讨BaP和DDT联合暴露致HepG2细胞DNA损伤的MAPK信号通路调控机制。 结果: (1) BaP和DDT单独诱导DNA损伤的剂量效应关系:BaP和DDT均可诱导HepG2细胞产生γH2AX。与溶剂对照组相比,BaP处理组随着染毒剂量升高(12.5、25、50μmol/L),γH2AX表达量增高,差异有统计学意义(P<0.05)。DDT处理组未发现剂量效应关系。 (2) BaP和DDT联合诱导DNA损伤的效应类型:免疫荧光结果经2因素3水平析因设计方差分析得出:BaP和DDT间存在联合效应(F=5.070,P<0.001)。其中,具有协同作用的组为:0.1μmol/L DDT+12.5μmol/L BaP;具有拮抗作用的组为:0.1μmol/L DDT+50μmo l/L BaP、10μmol/L DDT+25μmol/L BaP、10μmol/L DDT+50μmol/L BaP。western blot结果经2因素3水平析因设计方差分析得出,BaP和DDT间存在联合效应(F=13.279,P<0.001)。其中,具有协同作用的组为:10μmol/L DDT+12.5μmol/L BaP;具有拮抗作用的组为:0.1μmol/L DDT+25μmol/L BaP、1μmol/L DDT+25μmol/L BaP、0.1μmol/LDDT+50μmol/L BaP、1μmol/L DDT+50μmol/L BaP。因此,确定具有拮抗作用的0.1μmol/L DDT+50μmol/L BaP联合暴露组进行后续研究。 (3) CYP450酶参与BaP和DDT联合暴露的DNA损伤效应:与溶剂对照组相比,50μmol/L BaP可以诱导HepG2细胞CYP1A1、CYP1A2、CYP1B1和γH2AX表达量升高,加入ANF处理后,CYP1A1、CYP1A2和γH2AX表达量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。0.1μmol/L DDT可以诱导HepG2细胞 CYP1A1、CYP1B1和γH2AX表达量升高,加入ANF处理后,CYP1A1、CYP1B1和γH2AX表达量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。0.1μmol/LDDT+50μmol/L BaP可以诱导HepG2细胞CYP1A1、CYP1A2和γH2AX表达量升高,差异有统计学意义(P<0.05)。加入ANF处理后,与0.1μmol/LDDT+50μmol/L BaP相比,CYP1A1、1A2、γH2AX表达量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。 (4) MAPK通路参与调控CYP450酶介导的BaP和DDT联合暴露致DNA损伤:与对照组相比,50μmol/L BaP诱导HepG2中p-p38、p-JNK、p-ERK表达量升高,差异有统计学意义(P<0.05);0.1μmol/L DDT诱导HepG2中p-p38和p-JNK表达量升高,差异有统计学意义(P<0.05);0.1μmol/L DDT+50μmol/L诱导HepG2中p-p38和p-ERK表达量升高,差异有统计学意义(P<0.05)。与0.1μmol/L DDT+50μmol/L BaP组相比,SB203580、PD98059处理后CYP1A1、CYP1A2和γH2AX蛋白表达量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。 结论: (1) BaP和DDT均可诱导HepG2细胞产生γH2AX,且BaP诱导的γH2AX表达量随着浓度的升高而升高;DDT组未发现剂量效应关系。 (2) BaP和DDT联合暴露致HepG2的细胞DNA损伤类型既可以表现为协同作用,也可以表现为拮抗作用。其中,免疫荧光和western blot结果均显示0.1μmol/L DDT+50μmol/L BaP联合暴露组为拮抗作用。 (3) CYP1A1和CYP1A2参与50μmol/L BaP致HepG2细胞的DNA损伤过程。CYP1A1和CYP1B1参与0.1μmol/L DDT致HepG2细胞的DNA损伤过程。CYP1A1和CYP1A2参与0.1μmol/L DDT+50μmol/L BaP致HepG2细胞的DNA损伤过程。 (4) P38MAPK和ERK信号通路参与调控CYP1A2介导的0.1μmol/LDDT+50μmol/L BaP联合暴露致HepG2的DNA损伤。