Cu2+和Zn2+对模拟胃液中NDMA形成的影响*



Cu2+和Zn2+对模拟胃液中NDMA形成的影响*

0引言

【研究意义】WHO指出80%～90%的癌症由环境因素导致，而80%以上的环境因素与化学致癌剂有关，N-亚硝基化合物(NOC)就是其中非常重要的一种[1-2]。在已报道的300多种NOC中，约90%具有致癌活性，其中N-亚硝基二甲胺(NDMA)是结构最简单而致癌性、诱变性与致畸性却最强的物质之一[3-4]。在人类暴露于NOC的总量中，内源性形成的NOC占60%。内源性NOC主要是在人胃肠中形成，它严重威胁到人类健康[5-6]。因此，有关内源性NOC形成的研究已成为保护人体健康的重要研究内容和被关注领域。另外，近年来随着工业的发展，大量的重金属排入土壤和河流、湖泊及海洋等水体中，危害土壤和水体生态环境。环境中的重金属不能被降解，主要通过水和土壤等途径进入动植物体，并经由食物链放大富集进入人体，其极低浓度就能破坏人体正常的生理活动，损害人体健康[7]。综上所述，NDMA和重金属都对人体健康具有很大威胁，尤其是发展中国家粮食、蔬菜中重金属的浓度常常高于限量值[8-9]。因此，研究重金属对人体内NDMA形成的影响具有重要意义。【前人研究进展】国内外许多学者从外源性和内源性角度开展重金属对N-亚硝胺形成影响的研究。在外源性NDMA的形成上，Andrews等[10]报道在氯胺存在的偏碱性条件的饮用水运输管道中，铜能促进NDMA的生成；Mitch等[11]也发现在二氧化碳捕获系统中铜能促进N-亚硝胺的生成。而在内源性NDMA的形成上，曾婷等[12]研究表明，在模拟胃液条件下，含量极低但生物毒性显著的重金属汞、镉和铅能够促进内源性NDMA的生成。【本研究切入点】对于毒性一般但含量较高的重金属，如铜和锌等对于内源性NDMA的生成影响尚未见报道。因此，本文从该方面着手，研究重金属Cu2+、Zn2+与内源性NDMA形成的关系。【拟解决的关键问题】研究在模拟胃液条件下，重金属Cu2+和Zn2+对NDMA形成的影响，并进一步探讨其作用机理。

1材料与方法

1.1材料

NDMA、NDMA-d6标准溶液(Dr.Ehrenstorfer GmbH公司)；Cu2+、Zn2+标准溶液 (国家有色金属及电子材料分析测试中心)；二氯甲烷、正己烷、甲醇为色谱纯 (美国Sigma公司)；二甲胺盐酸盐、亚硝酸钠、氯化钠为分析纯 (美国Sigma公司)；胃蛋白酶 (美国Sigma公司)；去离子(Milli Q超纯水机制备)。

Trace DSQ气相色谱-质谱联用仪(GC/MS；色谱柱：DB-1701，30 m×0.25 mm×0.25 μm，Agilent J&W；美国Thermo公司)；ICS-2100离子色谱仪(IC；阴离子抑制器：ASRS-4 mm；阴离子色谱柱：IonPac AS11-HC；阴离子保护柱：IonPac AG11-HC；阳离子抑制器：CSRS-4 mm；阳离子色谱柱：IonPac CS12A；阳离子保护柱：IonPac CG12A；美国Dionex公司)；12位真空固相萃取装置 (萃取柱：椰壳质填料，天津博纳艾杰尔公司)。

1.2方法

1.2.1NDMA检测的GC/MS条件

进样口温度：200℃；离子源温度：250℃；传输线温度：230℃；载气流速：1.0 mL/min；进样模式：不分流；程序升温方法：初始温度为45℃，保持5 min，再以10℃/min速率升高至200℃，保持5 min；溶剂延迟时间：3.50 min；Full Scan扫描范围：20～300；SIM碎片离子选择：74，42，28，80；进样量：1 μL；EI源电子轰击能量：70 eV。

1.2.3模拟胃液条件

模拟胃液的配制参考文献[13]的方法：将3.2 g胃蛋白酶，2.0 g氯化钠和7.0 mL质量分数为37%的盐酸，加入足量的去离子水中，用去离子水定容至1 000 mL，最后用4 mol/L的盐酸调节溶液的pH值至2.0，制得模拟胃液。反应时间为2 h(文献[14])，反应温度为人体的温度37℃。

1.2.4Cu2+和Zn2+对NDMA形成的影响

反应体系分为空白组和实验组。空白组：向试管中依次加入50 mmol/L的DMA溶液和50 mmol/L的亚硝酸钠(NaNO2)溶液各1 mL，然后加入模拟胃液定容至10 mL，最后用4 mol/L盐酸调节溶液pH值至2.0±0.05，震荡均匀。实验组：分别取10 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L和2 000 mg/L的Cu2+或Zn2+标准溶液1 mL于试管中，然后依次加入50 mmol/L的DMA溶液和50 mmol/L的NaNO2溶液各1 mL，用模拟胃液定容至10 mL，最后用4 mol/L盐酸调节pH值至2.0±0.05，震荡均匀。将空白体系和实验体系置于37℃恒温水浴中反应2 h。反应结束后，迅速将试管置于冰水中冷却，随后向样品中加入200 μL 0.1 mg/L的NDMA-d6溶液作为内标，振荡混匀之后，迅速将样品依照刘清明等[15]报道的方法对样品进行处理，测定NDMA的生成量。

1.2.5Cu2+和Zn2+影响NDMA生成的机理研究

2结果与分析

2.1Cu2+对NDMA形成的影响

如图1所示，当反应体系中不存在Cu2+时，NDMA的平均生成量约为76 μg/L。当Cu2+的浓度为1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L时，NDMA的平均生成量分别为88.33 μg/L、67.48 μg/L、68.17 μg/L、76.45 μg/L、103.94 μg/L、126.31 μg/L和147.04 μg/L。由图1可以看出，当Cu2+浓度符合或接近水质基准值1 mg/L时，Cu2+对NDMA的促进率能达到16.88%，这与Andrews等[10]报道的1 mg/L Cu2+在偏碱性环境中能够促进NDMA的生成相符合。与空白试验相比，在加入10 mg/L和20 mg/L的Cu2+后，NDMA生成量减少，Cu2+抑制NDMA的生成，但作用不明显；当Cu2+浓度为50 mg/L时，NDMA生成量几乎没有变化。当Cu2+浓度在50～200 mg/L时，Cu2+浓度与NDMA的生成量呈正相关，说明Cu2+能够促进NDMA的生成。当浓度达到200 mg/L时，促进率非常高，能够达到94.56%。因此，在重金属浓度普遍偏高的地方，水质的污染应该引起足够的重视。

图1Cu2+对NDMA生成的影响

Fig.1 The effect of Cu2+on NDMA formation

2.2Zn2+对NDMA形成的影响

由图2可知，当反应体系中不存在Zn2+时，NDMA的平均生成量约为76 μg/L。当反应体系中Zn2+的浓度为1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L时，NDMA的平均生成量分别为85.72 μg/L、67.52 μg/L、76.04 μg/L、91.69 μg/L、107.24 μg/L、107.57 μg/L和109.70 μg/L。与空白试验相比，当Zn2+浓度为10 mg/L时，NDMA生成量减少，Zn2+显示出抑制作用；当浓度为20 mg/L时，Zn2+对NDMA的生成无影响；其余浓度下，Zn2+都能使NDMA的生成量有不同程度的增加，这说明Zn2+在一定浓度下能够促进NDMA的生成。当浓度大于100 mg/L时，NDMA的生成量几乎不再增加，Zn2+的促进作用达到饱和。

图2Zn2+对NDMA生成的影响

Fig.2The effect of Zn2+on NDMA formation

2.3Cu2+和Zn2+影响NDMA生成的机理研究

3讨论

NDMA作为一种强烈致癌物，早已引起人们的重视，而对于能促进其生成的重金属离子的相关研究更应该引起足够的重视。本文模拟胃液的反应体系，考察重金属离子铜和锌对于内源性NDMA形成的影响。

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(责任编辑：米慧芝)

Studies on the Effect of Cu2+and Zn2+on Carcinogenic NDMA Formation in Simulated Gastric Fluid

张欧，刘梦雪，刘永东**，钟儒刚

ZHANG Ou，LIU Mengxue，LIU Yongdong，ZHONG Rugang

(北京工业大学生命科学与生物工程学院，北京100124)

(College of Life Science & Bioengineering，Beijing University of Technology，Beijing，100124，China)

摘要：【目的】在模拟胃液条件下研究重金属Cu(2+)和Zn(2+)对内源致癌性N-二甲基亚硝胺(NDMA)形成的影响，并进一步探讨其作用机理。【方法】分别用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)和离子色谱法(IC)来测定NDMA、二甲胺 (DMA) 和亚硝酸根)含量。【结果】在模拟胃液条件下，Cu(2+)和Zn(2+)浓度高于50 mg/L时，可以促进NDMA的形成，且当浓度由50 mg/L增大到200 mg/L时，Cu(2+)促进率由1.16%增大到94.56%,Zn(2+)促进率由21.32%增大到45.86%。在重金属浓度为符合或接近符合水质基准值1.0 mg/L时，Cu(2+)和Zn(2+)对NDMA的形成也分别有16.88%和13.42%的促进率；而当重金属浓度为10 mg/L时，两种离子却均抑制NDMA的形成。机理研究表明Cu(2+)、Zn(2+)促进NDMA的形成主要是由于其与DMA发生相互作用，进而导致NDMA形成。【结论】高浓度的Cu(2+)和Zn(2+)通过与DMA相互作用，形成活性中间体从而促进NDMA的生成。

关键词：模拟胃液重金属离子NDMA促进率中间体

Abstract:【Objective】The aim of this study was to investigate the effect of heavy metal irons Cu(2+) and Zn(2+) on the formation of N-nitrosodimethylamine (NDMA) in simulated gastric fluid (SGF) and further explore its mechanism.【Methods】The concentrations of NDMA and dimethylamine (DMA),nitrite ) were determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and ion chromatography (IC),respectively.【Results】Cu(2+) and Zn(2+) could promote the formation of NDMA when the concentrations of Cu(2+) and Zn(2+) were higher than 50 mg/L in simulated gastric fluid (SGF).Meanwhile,the promotion rates were increased from 1.16% to 94.56% and 21.32% to 45.86% for Cu(2+) and Zn(2+),respectively,with their concentrations increasing from 50 mg/L to 200 mg/L.It is noteworthy that very low concentration of Cu(2+) and Zn(2+) at 1.0 mg/L,which already or almost met their guideline values in drinking water,could still enhance NDMA formation with the promotion rates of 16.88% and 13.42%,respectively.Interestingly,both Cu(2+) and Zn(2+) could inhibit NDMA formation when their concentration was 10 mg/L.Mechanism research showed that the promotion of the NDMA was mainly due to the interaction between the heavy metal ions and DMA.【Conclusion】Heavy metal ions Cu(2+) and Zn(2+) at relatively high concentrations can both promote NDMA formation in SGF through interacting with DMA.

Key word:SGF，heavy metal ions，NDMA，promotion rate，intermediate

中图分类号：Q89

文献标识码：A

文章编号：1005-9164(2016)01-0067-05

作者简介：张欧(1989-)，女，硕士研究生，主要从事致癌物形成机理与抑制方法的研究。

收稿日期：2015-12-01

修回日期：2016-02-03

*北京市自然科学基金项目(8132015)资助。

**通迅作者：刘永东(1975-)，女，副研究员，硕士生导师，主要从事环境致癌物形成机理方面的研究，E-mail:ydliu@bjut.edu.cn。

广西科学Guangxi Sciences 2016,23(1):67～71

网络优先数字出版时间：2016-03-15

网络优先数字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160315.1516.034.html