双酚类化合物和纳米二氧化钛环境污染物的细胞毒理学评价

文/白丽丽

1 前言

随着人们日常生活需求越来越大，化合物的生产使用进入了一个新阶段。如今用到的许多化合物是过去未曾发现而通过现代的人工智能研究发现的，其化学分子结构与以往的化合物并不相同，在我们的生活中有着广泛用途。这些物质是否都会威胁到人的健康，并未通过完整的检测，目前尚在探索阶段。那些已经明确会对环境和人体造成损害的化合物被称为环境污染物，而怎样精准界定这类物质的生物毒性，已成为刻不容缓的问题。科研人员通常采用动物体内实验评价毒性，这是一种传统的方法，但该方法成本高，消耗人力物力，存在物种差异问题，并牵扯到伦理争议[1]。并且活体动物实验有几个明显的缺点：第一，在实验过程中污染物是通过怎样的方式对人类构成身体上的伤害的，目前还没有明确的说法。第二，该类实验使用的生物剂量要比普通人在日常生活中接触到的剂量高，并不能准确推断此污染物对人类构成的威胁程度。第三，人与其他动物之间存在不可逾越的生物种类差异，用动物参与的研究结果不能说明同样适合于人类。由此，近年来体外细胞模型实验逐渐被使用，开始进入毒理学研究视野。

体外细胞模型的优点有以下几方面：一是细胞培养技术臻于成熟，该操作简单易行，可重复；二是通常不涉及道德问题，最主要的是可以直接选用人体细胞进行毒理实验，与动物试验不同，此方法避开了物种差异导致的种种问题，能更加准确地评估生物毒性对人体造成的危害，更加符合研究细胞毒理学的宗旨。因此，体外细胞模型可以很好地取代动物体内试验法，用以评估环境污染物是否对人体构成伤害，为如何正确规避污染物带来的影响提供了理论基础。

本文通过人源间充质干细胞和人肺腺癌细胞系两种模型分别测量了双酚类化合物和纳米二氧化钛环境污染物对人类健康的损害。为评估此类污染物的细胞毒理学提供了一定的理论依据，也为如何防止化合物的污染进一步对人类造成威胁提供了更多的思考空间。

2 方法

2.1 实验对象

（1）双酚A，也称BPA，是一种有机化合物，呈白色晶体，是重要的有机化工原料。研究表明，BPA 属低毒性化学物，能导致内分泌失调，威胁人们健康[2]。本次实验选取的是来自人体脂肪中的人源间充质干细胞，其优点是在长期低剂量环境下比其他细胞更为敏感，能准确检测到细胞毒性。

（2）纳米级二氧化钛，是一种白色疏松粉末，拥有珍贵的光学性质[3]，氧化型、还原型二氧化钛作为催化剂在我们的日常生活中被广泛应用，但因为并未通过完整的毒理学检测，其毒理性尚未可知[4]，需要进一步探索。本次实验选用的A549 癌细胞是一种变异细胞，可转化、易转移、无限增殖。其细胞模型体外存活率高，操作培养技术简单，适合测定毒性。

2.2 实验方法

（1）将hMSC 细胞恒温培养，隔天换液，待其生长至培养皿的80%时，用0.25%的胰蛋白酶消化传代。将培养基换为诱导分化培养基，第9 ～10 天时采集细胞并使用红油O 等脂溶性染料着色，诱导分化，10d 染色完毕，开始实验。

（2）恒温培养A549 细胞的培养基，待其生长至培养皿的80%时，用胰蛋白酶进行实验。24h 后加入不同浓度的氧化型、还原型二氧化钛和负载金属铂，使其终浓度达到1，10，100mg/L，与培养基充分混合。暴露24h 后开始实验。

3 结果

（1）测定了在0，1，10，50，100μmol/L 浓度中暴露的BPA经24h 后，MSC 细胞的存活率的变化（见图1）。证明了细胞的生长增殖短时间内会被浓度高的BPA 影响，而长时间暴露的浓度低的BPA 可促使hMSC 增殖并向成脂方向分化，说明BPA 的暴露与肥胖症存在一定关联。

（2）如图2 示，在空气中显露24h 后，低浓度的O、R 在A549 细胞的活性氧簇方面无明显影响，而低浓度Pt 则会让氧含量上升，引起氧化损伤。在高浓度100mg/L 下，O、Pt 均让细胞发生某种程度的蛋白质氧化性损伤[5]，说明长时间暴露下氧化型、还原型纳米级二氧化钛均无法控制A549 细胞的增殖，但在浓度过高的情况下会产生部分程度的蛋白质氧化性损伤[6]。

4 总结

随着人类物质需求的增大，越来越多化工物质进入我们的视野。它们用途广泛，为人们生活提供了便利，然而生物毒性尚无确切范畴，对环境和人体健康的危害也不明朗。体外细胞模型近年来取代了传统的动物体内实验评估毒性的方法，其优点是简单易行、操作技术成熟，且不涉及伦理问题，是如今一种较热门的评估毒性的方式。本文论证了细胞的生长增殖短时间内会被浓度高的BPA 影响，而长时间暴露的浓度低的BPA 可促使hMSC 增殖并向成脂方向分化，说明BPA 的暴露与肥胖症存在一定关联，对健康有不良影响。同时检测了氧化型、还原型纳米级二氧化钛和负载金属铂在人肺腺癌细胞系（A549）上的生物毒性，说明在长时间暴露下，氧化型、还原型纳米二氧化钛均无法控制A549细胞增殖，但在浓度过高的情况下会产生部分程度的蛋白质氧化性损伤，给人的肺部造成伤害[7-8]。本次研究结果为评价双酚类化合物和纳米二氧化钛环境污染物的细胞毒理学提供了一定的理论依据，也为如何防止化合物污染物进一步对人类造成威胁提供了更多的思考空间。