氚水致癌、致突变和致畸效应研究进展

李圣日，崔凤梅，刘玉龙，涂 彧

(1.苏州大学放射医学与防护学院，江苏 苏州，215123；2.苏州大学附属第二医院，江苏 苏州，215004)

中图分类号：Q345+.1文献标识码：A文章编号：1004-6356(2019)05-0032-04

氚是氢的放射性同位素，β衰变，半衰期为12.3年[1]。氚有两方面的来源，一是天然产生的，二是人类活动产生的。天然产生的氚微少，可以忽略不计。环境中的氚主要来自于人类活动，在各种核试验和核动力活动中作为一种副产物出现。由于氚与氢具有非常相似的化学性质，氚可以通过与氢发生同位素交换反应参与到物质分子中，从而参与到自然界的生物循环之中被生物摄取。氚主要以三种化学形态存在于自然界中，分别是氚气(HT)、氚水(HTO)和氚化甲烷(CH3T)。氚具有比活度较高且毒性较低、价格低廉和放射性自显影良好等优点，在军事、工业、水文、医学，以及各个学科研究领域里均起着重要作用。随着氚在各个领域的广泛应用，特别是核能工业的蓬勃发展，其被排放到环境中的量快速增加，有可能对人类及其后代造成危害。氚不会对生物体造成外照射损伤，这是因为氚衰变的β射线射程很短(氚在空气中的最大射程是5 mm，在人体皮肤中的射程是6 μm，在水中的射程约为0.56 μm)，它们大多通过被吸入、食入和皮肤等途径进入机体，然后在机体中进行内照射，从而产生生物学效应。氚进入生物体后，其造成的损害程度与多种因素有关，比如摄入氚的含量、途径以及氚的化学形态等。氚的毒性主要来自于氚的辐射效应，包括确定性效应和随机性效应[2-10]。

本文介绍了氚水所导致的生物学效应中的致癌效应、致畸效应和致突变效应研究进展，以期为氚水的毒理学机制研究提供参考。

1 氚的致癌效应

Seyama等[11]向4组BCF1系小鼠腹腔内分别注射4种不同浓度的氚水(HTO)(140、280、560和740 MBq/只)。结果显示，所有暴露组在500 d时的肿瘤总发生率相似。接受单次腹腔注射HTO的小鼠一生中肿瘤累积发生率为80%～90%，而对照组<5%。在注射HTO后400 d时，140 MBq组、280 MBq组、560 MBq组和740 MBq组小鼠的肿瘤累积发生率分别为4%、8%、18%和24%。

Yin等[12]研究氚化物在小鼠体内的致癌率，给C3H/HeN雌雄幼鼠分别注射不同浓度HTO(0、0.23、0.92和3.70 MBq/只)，观察14个月。结果表明，在雄性小鼠中，0.23 MBq组、0.92 MBq组和3.70 MBq组的肝脏肿瘤发生率分别为51.8%、68.0%和91.7%，与对照组相比均有统计学差异。3.70 MBq组的肝肿瘤发生率与Seyama等[11]实验中80%～90%的肿瘤发生率基本一致，值得注意的是C3H/HEN小鼠自发性肝肿瘤发生率极高。然而雌性小鼠的所有剂量组都没有观察到肝脏肿瘤的发生，只有在最高剂量3.70 MBq组有卵巢肿瘤的发生，发生率为70%。

为了研究氚水的剂量分割效应，Seyama等[11]对比了单次注射氚水和分次注射氚水后小鼠的肿瘤发生率。单次注射实验：BCF1系小鼠单次腹腔注射氚水(HTO)，注射量分别为560、740 MBq/只。分次注射实验：C57BL/6NxC3H/He系小鼠分次腹腔注射HTO，每周1次，共4次，注射量分别为140、190 MBq/只/次，4周后总注射量为560、760 MBq。结果对比：在分次注射760 MBq组中，大约220 d时肿瘤累积发生率为80%，而同样是在大约230 d时，单次注射740 MBq组的小鼠的肿瘤发生率只有10%，表明剂量分割有很明显的增强效应。但这一增强效应在分次注射560 MBq组和单次注射560 MBq组之间却不明显，在注射氚水390 d后，分次注射560 MBq组的肿瘤发生率约为28%，而单次注射560 MBq组的肿瘤发生率约为15%，没有统计学差异。然而，在另一个实验中，C57BL/6N系小鼠单次注射740 MBq HTO后20 d内全部死亡，值得注意的是，这个品系的小鼠与上述单次注射组和分次注射组的小鼠品系不同。

Revina等[13]以Wistar大鼠为研究对象，对比了氚水和γ射线的致癌效应。大鼠分为3组，对照组、氚水实验组和γ射线组。对照组有140只大鼠；γ射线实验组的39只大鼠长期暴露于137Cs的γ射线；氚水实验组45只大鼠，在6个月内每周给大鼠灌胃给药5次，氚水浓度为0.037 MBq/g(体重)。在实验结束测定小鼠的肿瘤发生率时，氚水暴露组的累积剂量为25.3 Gy，γ射线组的累积剂量为24.8 Gy。实验结果表明，氚水暴露组的大鼠肿瘤发生率为78%，γ射线组为87%，对照组为78%。与对照组相比，每单位剂量下暴露组动物的生存时间的缩短也没有显著差异，氚水暴露组为9.3 d/Gy,γ射线组为10.6 d/Gy。即使是患有恶性肿瘤的大鼠的平均存活时间也没有显著差异，氚水暴露组为538天，γ射线暴露组为513天。值得注意的是，本实验中对照组的恶性肿瘤发生率很高(78%)，这与其他大多数研究者的研究结果相冲突。

2 氚的致突变效应

姊妹染色单体交换(SCE)频率的分析是常用的快速检测染色体损伤很敏感的指标，Hagger等[14]研究氚水对海洋软体生物早期生长发育的影响，将出生后1小时的贻贝胚胎暴露于不同浓度(0.37、3.7、37和370 kBq/mL)的HTO中，暴露在这些浓度下的实验组的累积剂量为0.02～21.41 mGy。实验结果表明，HTO诱导了贻贝幼虫的SCEs，并且SCEs的频率随着HTO活度的增加而增加，呈现剂量依赖性增高。

Natarajan等[15]研究认为，来自外照射的低LET电离辐射很难诱导SCEs。Straume等[16]也报告了小鼠在摄入111 kBq/mL HTO的81～216 d后，骨髓细胞中SCEs的显著增加。Hagger等[14]研究中，HTO暴露组的畸变细胞诱导和总畸变数也显著增加。在对照组中，染色单体类型的畸变占总畸变数的31.8%，而在HTO暴露组中，染色单体类型的畸变率从45.2%上升到67.9%。将遗传生物标志物与胚胎幼虫生物测定联系起来表明，HTO导致的极低剂量的电离辐射即可在海生贻贝的胚胎期诱导遗传损伤，并且这种损伤可能在细胞和个体水平上累积。这种方法可以应用于其他无脊椎动物的早期生命阶段，从而建立剂量-效应关系，因为生物群受照剂量的估算及其影响在自然环境辐射防护标准中是非常重要的。

崔凤梅等[17]给3组小鼠分别注入不同浓度的氚水，注入量分别为0.185、0.555、1.665 MBq/g(体重)，10天后的累积剂量分别为40.68、122.05、366.16 mGy；5组小鼠注射相同浓度的氚水〔0.555 MBq/g(体重)〕，然后在2、4、6、10、28 d分别观察外周白细胞总数和骨髓嗜多染红细胞微核率。结果表明，随着氚水初始注入量的增加，骨髓嗜多染红细胞微核率相应增高，外周血白细胞总数相应降低，但只有1.665 MBq/g(体重)组差异有统计学意义。氚水初始注入量相同时，随着注入后时间延长，骨髓嗜多染红细胞微核率持续增加，外周血白细胞总数第2 d至第6 d持续下降，第10 d后已恢复。这种回升现象可能是因为氚水染毒剂量较低，属于可恢复的剂量。骨髓嗜多染红细胞微核率与氚水初始注入量呈剂量依赖性升高。

郭丰莉等[18]从SD大鼠出生后40 d起，每天给大鼠喂食氚水直至死亡，高剂量组大鼠的饮水氚的活性为0.481 MBq/mL，低剂量组为0.222 MBq/mL。大鼠自然死亡后检查微核，结果发现，与对照组相比，高剂量组和低剂量组的骨髓嗜多染红细胞的微核细胞率都明显增高，外周血淋巴细胞的染色体畸变细胞数也都明显增高，且差异显著。

3 氚的致畸效应

高卫民等[19]将不同浓度的氚水〔0.2409、0.4848、0.1445 MBq/g(体重)〕经过腹腔注射一次性注入妊娠13 d的成年Wistar大鼠体内，各组仔鼠在出生后三天的氚累积吸收剂量分别为0.044、0.088、0.264 Gy。实验结果证明，大鼠在妊娠时接受氚水的持续照射，其仔鼠会产生致畸。实验中，0.044 Gy组的仔鼠连续通道活动转弯数明显减少，并有剂量依赖性，剂量越大效应越明显。从0.088 Gy起，仔鼠出牙与对照组相比明显延迟，听觉惊愕与平面翻正的达标天数明显较多，并都有剂量依赖性增加。氚水照射还可导致仔鼠智力迟钝，0.044 Gy组的仔鼠出现了初级学习记忆能力的损伤；高级学习能力方面，0.088 Gy组和0.264 Gy组的仔鼠的条件反射达标率明显低于对照组。高等人的研究是在行为致畸方面比较全面的研究，而行为致畸可能是仔鼠在出生之后可以观察到的最早的、最微妙的畸形。该研究，仔鼠的各项指标的效应都有剂量依赖性，为剂量-效应模型的建立带来了一定的思考。

姚晓波等[20]将3.7 MBq/g(体重)氚水经过腹腔注射一次性注入孕龄10 d的SD雌性大鼠体内，观察仔鼠受照后脑机能受损情况。从未出生到出生后90 d，仔鼠受照总天数为101.5 d，累积受照剂量为1.289 Gy。用Morris水迷宫的方法测定仔鼠的智力发育状况，结果表明，与对照组相比，仔鼠在受照之后逃避潜伏期明显延长，平台象限停留时间显著降低。可见，氚水照射使得仔鼠的脑机能发育异常以致于空间学习能力明显受损，结论支持了高卫民等[19]的氚水影响大鼠大脑发育的实验结果。

4 展望

随着核能工业的快速发展，排放到环境中的氚越来越多，它们通过各种循环进入生物体内从而可能造成的危害是绝对不能忽视的。氚的生物学效应研究涉及了遗传学、细胞生物学、放射毒理学、生物化学和分子生物学等多门学科，这些学科相互联系，相互渗透，为氚的生物学效应研究，特别是氚的作用机制的探讨提供了有效的研究途径与手段。本文介绍的实验研究，提示氚水的致癌、致突变和致畸效应不容忽视，氚水的环境毒性仍有很多值得深入探讨和思考。将来，对氚的生物学效应研究必将更加深入和全面，从而为人类健康和环境生态的评估带来巨大帮助。