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1、饮用水中微囊藻毒素的健康影响 复旦大学公共卫生学院环境卫生学教研室施玮 64039249 wshi 背景资料环境和人群暴露水平流行病学和毒理学研究结果研究方向 概要 背景资料 水体富营养化富营养化对水质的影响富营养水体中的主要产毒藻类与饮水水质相关的主要藻毒素 微囊藻毒素LR 湖泊 水库等水域的植物营养成分 氮 磷等 不断补给 过量积聚 致使水体营养过剩的现象称为水体 富营养化 水体富营养化 滇池水华 藻类迅速繁衍水质污浊发臭透明度下降感观性状恶化水中溶解氧不足鱼类及其他生物大量死亡加速水域的消亡过程 富营养化引起的水质变化 产毒藻种 MicrocystisaeruginosaKuetz Mi
2、crocystisviridis A Br Lemm M wesenbergii 产毒藻种 Anabaena Oscillatoria Nostoc 饮用水中的微囊藻毒素 淡水中常见的蓝藻能产生神经毒素和肝毒素 与供水安全相关 大部分肝毒素是微囊藻毒素 microcystins 已知70多种亚型的微囊藻毒素 微囊藻毒素 LR是最早被鉴定出来也是最常见的亚型 神经毒素在供水系统中不像肝毒素那样分布广泛 造成的危害程度也不及微囊藻毒素 MC LR 环境暴露和人群暴露水平 分析方法暴露水平 检测方法 生物测试法蛋白磷酸酶分析法酶联免疫吸附 ELISA 高压液相色谱 HPLC 液相色谱 质谱 HP M
3、S 生物测试法 方法 腹腔注射染毒 测其LD50优点 快速筛查 可以区分毒素的毒作用特征缺点 灵敏度低 可比性差 不能定性定量 一种毒素可能掩盖另一种毒素的时相上较为延迟的严重毒性作用或致死作用 原理 PP1和PP2A可强烈专一性促进糖原磷酸化酶a的水解 而MCYST又可与PP1和PP2A共价结合 抑制其活性 据此 以32p标记糖原磷酸化酶a 三者相互作用 根据32p的释放量来测定样品中MCYST的含量 磷酸酶分析法 优点 检测限低 pg级 反应灵敏 可检测样品中总MC的含量 缺点 易受其它因素的影响结果偏高 功能性测试结果偏低 内源性蛋白磷酸酶活性 磷酸酶分析法 原理 利用毒素诱发免疫反应产
4、生抗体 利用抗体对抗原的特异性识别来对各种毒素进行检测 ELISA 微囊藻毒素的免疫学特点 MC是一个分子量仅1kDa左右的半抗原 只能与载体连接后才能产生免疫反应 而且这些小分子量的化合物免疫动物后大多只能得到单一位点的抗体 因而导致单抗的筛选难度很大 优点 检测限低 ng级 一般灵敏度较高 适合作为筛检实验检测样品中总MC的含量 缺点 商品化的试剂盒来源有限 有交叉反应 特异度变化较大 ELISA 固定相 C18硅胶柱流动相 乙腈或甲醇等极性溶剂 以TFA调节pH及离子对检测器1 紫外 UV 检测2 荧光 FL 检测3 化学发光 CL 检测 HPLC 定性 以标准品的保留时间为对照定量 标
5、准曲线法优点 能准确定性定量 灵敏度好 选择性好缺点 必需标准品作对照 样品处理复杂 仪器昂贵 技术复杂 HPLC LC MS法 原理 质谱分析是通过对样品离子质量和强度来测定 来进行成分和结构分析的一种分析方法 与色谱法联用 色谱法是样品的预处理器 而质谱法则是检测器 优缺点 检测限低 反应灵敏 选择性好 但是成本高 技术复杂 环境暴露和人群接触水平 原水中毒素的浓度和变异度 nd 10 g L 自来水中毒素的浓度和变异度 nd 1 0 g L 其他 泳池中的藻类污染 非循环池淋浴 加湿器藻细胞内和细胞外 生长期 10 1 5 1消解期 3 7 我国部分饮用水源水中MC LR的污染情况 本课
6、题组建立的HPLC条件 HP1100型高效液相色谱仪 HP公司 矩阵二极管式紫外检测器 HypersilODSC18分析色谱柱流动相 A 水 CAN TFA 80 20 0 04B 水 CAN TFA 10 90 0 04柱温 35度检测波长 238nm梯度洗脱 标准曲线工作曲线回收率精密度 HPLC检测方法的质量控制 标准曲线 10 5 1 0 5 0 25 g ml稀释系列Y 15 976 60 829X r 0 998 P 0 001 工作曲线 10 5 1 0 5 0 25 g ml提取液Y 3 485 14 002X r 0 995 P 0 001 回收率 精密度 2003年7月 2
7、004年3月上海市代表性水源和水厂MC LR的浓度 g L 毒性表现 肝毒性肾毒性遗传毒性胚胎及发育毒性其它 急慢性毒性 微囊藻毒素 LR 高毒物质 小鼠经腹腔注射LD50约为25 150 g kg BW 经口喂饲LD50为15000 g kg BW 大鼠略高微囊藻毒素 LA YR YM 与微囊藻毒素 LR的经腹腔染毒LD50相似 微囊藻毒素 RR 经腹腔染毒的LD50比微囊藻毒素 LR的高10倍 急慢性毒性 将微囊藻毒素 LR经口喂饲30只小鼠 雌雄各半 按每公斤体重0 40 200或1000 g的剂量连续喂饲13周 最低剂量未见相关变化 200 g kg组中两性的小鼠中均有部分小鼠肝脏发生
8、轻微形变 高剂量组所有的小鼠均出现包括慢性炎症 局部肝细胞降解 血铁沉积等肝脏损伤 两组高剂量组的雄性小鼠均出现血清转氨酶显著升高 GT显著下降 血清总蛋白和白蛋白下降 雌性小鼠仅在最高剂量观察到转氨酶的改变 雌 雄两组的最高剂量组食物消耗量分别下降了20 和14 与对照组相比 两组小鼠体重均减轻7 微囊藻毒素 LR的最大无作用剂量 NOAEL 为40 g kg d 急慢性毒性 用铜绿微囊藻的提取物掺入饮用水经口喂饲小鼠1年 相当于微囊藻毒素 YM的剂量为750 12000 g kgkg d 高剂量组观察到高死亡率 支气管肺炎的增加和慢性肝损伤 但未见肝肿瘤形成 但作者暗示可能有促进肿瘤形成的
9、作用 胚胎和发育毒性 为了研究微囊藻毒素 LR的胚胎和发育毒性 4组26周交配的Crl cd 1 ICR BR品系的雌性小鼠在孕期的6 15d连续经口喂饲微囊藻毒素 LR的水溶液 剂量设置为0 200 600和2000 g kg d 记录母鼠的症状 体重 食物摄入量 于孕期的18天处死母鼠 解剖检查胎鼠是否异常 只有2000 g kg d剂量组有母鼠的毒性和死亡 在染毒期间 9只母鼠死亡或早产 解剖发现较多的母鼠有肝脏异常 最高剂量组发现胎儿体重发育迟缓和骨骼骨化 在所有剂量均未见有明显的死胎 畸胎或胎儿发育迟缓 也未发现与染毒相关的胎儿大小异常 种植后流产或存活胎鼠性别比例失调 任何方面发育
10、毒性的NOAEL均为600 g kg d 这一数据与以前的实验结果类似 幼鼠从断奶到交配的17周时间经饮用水每天摄入750 g kg BW的剂量下 未见畸胎 死胎或生育能力的下降 胚胎和发育毒性 泥鳅试验 胚胎的发育后阶段对微囊藻毒素 LR的敏感性要大于早期 幼泥鳅的敏感性要远远低于胚胎及幼虫 死亡率及发育畸形率存在剂量 反应关系 张占英 孕鼠妊娠第6d起连续10d腹腔注射微囊藻毒素 LR 不同剂量的毒素 4 62 g kg 均可损伤胎盘屏障 胎盘细胞变性 水肿和间质疏松 毒素通过胎盘屏障进入胎鼠体内 影响胚胎的形成和发育 导致胎鼠发育畸形或脏器发育不良及损伤 且随着染毒剂量的增高 畸胎发生率
11、也随之增高 脏器如肝 肾损伤加重 不同研究结果的差异可能主要是染毒剂量的大小 染毒次数 时间的长短 对母体损伤程度以及胚胎所处时期的不同造成的 遗传毒性和相关终点 微囊藻纯毒素在Ames实验中 无论加与不加S9 TA98 TA100 TA102菌株均不表现出致突变作用 UDS实验也为阴性 但极低剂量的粗毒素和藻细胞裂解液在Ames和UDS实验中即表现出致突变性 且有剂量反应关系 由于毒素进入细胞是一个主动转运的过程 目前尚不清楚检测体系所用大肠杆菌是否具有转运毒素进入其体内的系统 所以尚不能完全肯定纯毒素是否真正不具有致突变性 毒素对DNA造成直接的损伤 这点似乎已形成公认 尽管有作者认为DN
12、A损伤是由于毒素的细胞毒性而非遗传毒性所引起 但经进一步的实验证实 微囊藻毒素 LR在非细胞毒性的剂量下 仍能引起DNA损伤 在染色体水平 微囊藻毒素可明显提高SHE细胞微核率的形成 并呈一定的剂量 反应关系 以上毒理学研究表明不同纯度的藻类提取物毒性特点不尽相同 藻类产生的色素 有机物等可能对其毒性有一定的协同作用 致 促癌性 在二阶段小鼠皮肤致癌实验中 将溶于丙醇的DMBA涂于6只三月龄的Swiss鼠皮肤上 一周后喂饲含有微囊藻毒素 YM的饮用水 将巴豆油作为阳性对照每周两次涂皮并掺入饮用水喂饲 或用巴豆油加上藻类提取物 对照组饮用自来水或含有藻类提取物的自来水 52天后 DMBA 饮用微
13、囊藻提取物处理组的小鼠可观察到皮肤实质性肿瘤和溃烂 饮用微囊藻毒素提取物组的小鼠皮肤肿瘤的数量和瘤体均较饮用自来水组增加 作者据此认为口服微囊藻毒素具有促癌作用 但由于微囊藻毒素很难穿透皮肤 其促癌作用机制尚不清楚 致 促癌性 在二阶段致癌实验中 7周龄的Fischer大鼠腹腔注射DEN 200mg kg体重 第三周周末部分切除肝脏 从第3周起 每周3 5次腹腔注射1 10 g kg体重的微囊藻毒素 LR 肿瘤的促进作用是用GST P阳性灶为标志的 8周后在最高剂量组 每天腹注10 g kg体重微囊藻毒素 LR 可见促癌作用 致 促癌性 Ito等用20 g kg的微囊藻毒素 LR腹腔注射染毒小
14、鼠 连续28周 染毒100次后 在没有启动剂的情况下 在肝脏发现多个直径约为5mm的肿瘤结节 这也提示了微囊藻毒素 LR不仅可能是肿瘤的促进剂 同时还可能是启动剂 肾脏毒性 Fischer给鲤鱼喂饲相当于400 g kg微囊藻毒素 LR的铜绿微囊藻1h后 肾近端小管就出现了损伤 组织学检查发现 在肾近端小管有上皮细胞空泡形成 细胞凋亡 脱落 最后在肾皮 髓质连接处出现蛋白质样脱落物 免疫学方法显示毒素分布在肾近端小管细胞内随时间的延长而增加 Milutinovic等在给雄性Wistar鼠每隔一天腹腔注射10 g kg的微囊藻毒素 LR或微囊藻毒素 YR 连续8个月的实验中 也观察到了肾皮髓质的
15、损伤 主要是肾小管损伤 其中充满同质嗜酸性物质 Nobre等离体灌注鼠肾染毒微囊藻毒素 LR 90min后尿量 灌注压及肾小球滤过率都有显著的增长 而肾小管钠的转运率则大为减少 在尿样中出现蛋白样物质 其它 免疫心血管神经 流行病学资料 ZhouL YuH ChenK Relationshipbetweenmicrocystinindrinkingwaterandcolorectalcancer Biomedical EnvironmentalSciences 15 2 166 71 2002 UenoY NagataS TsutsumiT HasegawaA WatanabeMF ParkH
16、D ChenGC ChenG YuSZ Detectionofmicrocystins ablue greenalgalhepatotoxin indrinkingwatersampledinHaimenandFusui endemicareasofprimarylivercancerinChina byhighlysensitiveimmunoassay Carcinogenesis 17 6 1317 21 1996 流行病学资料 在江苏太湖流域开展的横断面调查表明 饮用水中不同浓度的微囊藻毒素可导致人群肝脏酶学指标的变化 随着水中微囊藻毒素浓度增加 人群的SGPT和 GT的水平也升高 其间存在统计学差异 p 0 05 说明饮用受微囊藻毒素污染的水可能与肝脏功能损害有关 对我国肝癌高发区江苏海门和启东两地进行的病例对照和前瞻性研究发现 饮用受微囊藻毒素污染的河沟水的居民患肝癌相对危险度较饮井水或自来水的居民分别为1 96和2 39 据此有学者把微囊藻毒素列为我国南方原发性肝癌高发的三大环境危险因素 微囊藻毒素 肝炎病毒和黄曲霉毒素 之一 课题组的工作积累 藻类粗毒素的亚急性在体实验
