多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是煤、石油、木材、烟草、有机高分子化合物等有机物不完全燃烧时产生的挥发性碳氢化合物,是重要的环境和食品污染物。人体暴露PAHs通常通过监测其体内代谢产物1-羟基芘(1-OH-P)进行评估。芳香烃受体(Ahr)是一种配体激活转录因子,与PAH结合后被激活,可介导PAHs类化合物的毒性反应(包括致癌性),参与信号转导、细胞分化、细胞凋亡等过程。研究表明孕期接触PAHs可以使新生儿行为能力降低[1],脑源性神经营养因子(brain-derivedneurotrophic factor, BDNF)可以作为反映孕期PAHs暴露对新生儿神经行为发育造成影响的特定生物标志。本研究将PAHs暴露的孕妇分为孕早期暴露、孕中晚期暴露或孕早期及中晚期均有暴露三组,共115例,通过检测新生儿BDNF的浓度及母体与子代的Ahr的浓度,探讨PAHs暴露对子代BDNF的影响。
1 内容与方法 1.1 研究对象选择乌鲁木齐市某医院中115名在孕早期(从末次月经时间,进而推算出孕期开始时间,孕12周为孕早期)、孕中晚期(孕中期到孕晚期,孕12周~28周为孕中期)或怀孕全期(从末次月经开始到28周及其)PAHs暴露的孕妇,所有入选对象均为签署知情同意书的产妇。研究对象的入选原则如下:年龄纳入标准为>18岁及≤45岁之间;在当地居住1 a以上;本人不吸烟、不饮酒;无现患急、慢性疾病;无家族遗传病史;孕期内未服用人工流产药物。
1.2 问卷调查问卷调查是在一对一的访谈中进行的,调查人员都接受了培训。问卷调查内容包括:孕产妇的一般条件(年龄,教育),和与多环芳烃接触有关的生活和环境条件(家庭取暖方式、被动吸烟、怀孕期间住房是否近期装修、烧烤油炸类食品的食用、做饭工具、马路交通时间等)。
1.3 生物样品采集由专职护士收集产妇静脉血5 mL和胎儿脐带血10 mL于紫帽EDTA抗凝真空采血管中,共计115组样品。样品采集后30 min内3 500 rpm离心5 min,取上清。用微量移液器移入EP管中,保存于-80 ℃备用。所有样品均明确标明调查对象的编号、姓名、采样日期。
1.4 实验过程 1.4.1 实验原理BDNF实验原理:试剂盒采用双抗体夹心ELISA法。用抗人BDNF抗体包被于酶标板上,实验时样品或标准品中的BDNF会与包被抗体结合,游离的成分被洗去。加入辣根过氧化物酶标记的抗人BDNF抗体。抗人BDNF抗体与结合在包被抗体上的BDNF结合,游离的成分被洗去。加入显色底物,显色底物在辣根过氧化物酶的催化下呈现蓝色,加终止液后变成黄色。用酶标仪检测OD值,BDNF浓度与OD值之间呈正比,通过绘制标准曲线计算出样品中BDNF的浓度。
Ahr检测原理:采用ELISA法检测,同BDNF实验原理。
1.4.2 实验材料全自动生化分析仪(罗氏cobas701),BDNF、Ahr检测试剂盒,高精度移液器,EDTA真空抗凝采血管,EP管等。
1.4.3 实验方法① 取足够数量的酶标包被板,固定于框架上,分别设置标准品孔、待测样本孔和空白对照孔。②37℃水浴锅或恒温箱温育30 min后洗板。③每孔加入酶标工作液50 μL,空白对照孔不加。再37 ℃温育30 min后洗板。④加入显色剂,37 ℃避光显色15 min。⑤取出酶标板,每孔加终止液50 μL,终止反应。⑥以空白孔调零,在终止后15 min内,测量各孔的OD值。⑦根据标准品的浓度及对应的OD值,计算出标准曲线的直线回归方程,再根据样本的OD值,在回归方程上计算出对应的样品浓度。
1.5 质量控制所有血液样品的采集均由专业护士严格按规定进行操作,所有标本储存及实验室检测均严格按规定进行操作。
1.6 统计分析利用SPSS 17.0统计软件进行数据的管理和分析。由于本研究BDNF与Ahr浓度均不满足正态性与方差齐性,故数据结果用M(QL-QU)表示,差异性检验用秩和检验,因数据不符合正态性,相关分析采用Spearman分析,检验水准α=0.05。
2 结果 2.1 孕妇体内PAHs负荷水平本研究中,115例孕妇尿样符合检测条件,检出率为85.2%(98/115)。检出浓度中位数(M)为0.30 μ mol/mol Cr,四分位数间距(IQR)为(0.16~0.51) μmol/mol Cr。有74.4%(73/98)的母亲尿样1- OHP含量高于一般居民尿中1-OHP的生物暴露限值(0.11 μ mol/mol Cr),同时4.3%(43/98)的母亲尿样1-OHPy含量高于焦炉工人生物暴露限值(1.90 μmol/mol Cr),这表明研究人群中PAHs的暴露水平通常较高。
2.2 不同暴露因素孕妇体内1-羟基芘浓度的比较(μmol/mol Cr)怀孕期间在文化程度、怀孕期间取暖方式、怀孕期间被动吸烟、怀孕期间是否住近期装修的房子、怀孕期间食用烧烤油炸类食品、孕期在马路附近交通时间对孕妇体内尿中1-羟基芘的浓度影响均无明显统计学差异。怀孕期间做饭工具对孕妇体内尿中1-羟基芘的浓度影响是有统计学差异(P < 0.05)(表 2)。
因素 | 分组 | 人数/人 | 1-羟基芘浓度/(μmol/mol Cr) | P值 | |
中位数 | P25~P75 | ||||
孕妇年龄/岁 | <30 | 77 | 0.31 | 0.16~0.60 | 0.32 |
≥30 | 38 | 0.22 | 0.13~0.62 | ||
孕妇文化程度 | 未上学 | 1 | 1.29 | 1.29~1.29 | 0.25 |
小学 | 1 | 2.20 | 2.20~2.20 | ||
中学 | 26 | 0.43 | 0.24~0.58 | ||
大专或大学 | 87 | 0.34 | 0.22~0.54 | ||
怀孕期间取暖方式 | 暖气 | 109 | 0.29 | 0.17~0.52 | 0.15 |
炉子 | 4 | 0.32 | 0.25~0.40 | ||
电力 | 2 | 0.39 | 0.36~0.42 | ||
怀孕期间被动吸烟 | 是 | 65 | 0.47 | 0.25~0.32 | 0.10 |
否 | 50 | 0.38 | 0.30~0.36 | ||
孕期住房是否近期装修 | 是 | 13 | 0.30 | 0.24~0.40 | 0.12 |
否 | 102 | 0.32 | 0.26~0.38 | ||
孕期是否食用烧烤油炸类食品 | 是 | 27 | 0.33 | 0.21~0.39 | 0.16 |
否 | 88 | 0.28 | 0.20~0.32 | ||
孕期做饭工具 | 电磁炉 | 5 | 0.31 | 0.12~0.48 | 0.02 |
煤气 | 109 | 0.29 | 0.89~0.29 | ||
煤球 | 1 | 0.78 | 0.78~0.78 | ||
孕期在马路交通时间/h | 1 h以内 | 52 | 0.21 | 0.22~0.37 | 0.20 |
(1~2) h | 47 | 0.23 | 0.24~0.32 | ||
2 h以上 | 16 | 0.30 | 0.34~0.42 |
检查项目 | 孕早期 n=47 | 孕中晚期 n=19 | 孕早中晚期 n=49 |
新生儿BDNF | 0.053(0.045~0.074) | 0.069(0.053~0.096) | 0.070(0.055~0.111) |
新生儿Ahr | 0.162(0.092~0.369) | 0.076(0.058~0.137) | 0.096(0.069~0.135) |
产妇Ahr | 0.247(0.131~0.688) | 0.195(0.071~0.372) | 0.141(0.086~0.275) |
2.3 孕早期与孕中晚期产妇PAHs暴露两组新生儿BDNF、Ahr和产妇Ahr浓度的比较
采用秩和检验对孕早期与孕中晚期PAHs暴露两组新生儿BDNF和产妇Ahr浓度相比较无统计学差异(Z分别为-1.799和-1.360,P>0.05),两组新生儿Ahr相比较有统计学差异(Z=-3.052,P < 0.01)(表 2)。
2.4 孕早期与孕全期产妇PAHs暴露两组新生儿BDNF、Ahr和产妇Ahr浓度的比较孕早期与孕全期PAHs暴露两组新生儿BDNF、Ahr和产妇Ahr浓度相比较有统计学差异(Z分别为-3.300、-3.614和-1.360,P < 0.01)(表 2)。
2.5 孕中晚期与孕全期产妇PAHs暴露两组新生儿BDNF、Ahr和产妇Ahr浓度的比较孕中晚期与孕全期PAHs暴露两组新生儿BDNF、Ahr和产妇Ahr浓度相比较无统计学差异(Z分别为-0.800、-0.540和-0.485,P>0.05)(表 2)。
2.6 新生儿BDNF水平与新生儿Ahr、产妇Ahr的相关性分析新生儿BDNF水平与新生儿Ahr、产妇Ahr的相关性分析结果显示无统计学意义(rs分别为-0.013和-0.062,P值分别为0.891和0.507)。
3 讨论 3.1 孕妇PAHs暴露与新生儿BDNF的关系BDNF对周围和中枢神经元有广泛的作用,对多种中枢神经系统退行性疾病及急性损伤具有治疗潜能[2]。针对新生儿相关方面,BDNF对新生儿的神经发育、出生体重等方面有重要的作用。一方面,缺血缺氧性脑病是围生期新生儿常见的危急重症,且在存活者中神经系统后遗症的发生率也比较高,一直以来都受到研究学者的广泛关注,而BDNF对新生儿缺血缺氧性脑病具有保护机制[3]。另一方面,出生体重与小儿肥胖密切相关,高出生体重是小儿肥胖的重要因素之一。BDNF与体重、体重指数呈负相关趋势[4]。如果新生儿血BDNF过低,会影响小儿神经系统的发育,而且对儿童的出生体重甚至小儿的肥胖造成一定的影响。
本研究可见,仅孕早期PAHs暴露的产妇较孕全期PAHs暴露的产妇新生儿BDNF浓度低,可能原因为乌鲁木齐供暖时间为当年12月—次年3月,共四个月,供暖期为孕妇PAHs暴露时期。孕早期指怀孕初期的三个月,仅孕早期PAHs暴露的产妇组大部分孕妇为孕早期三个月时间均有暴露,而孕全期暴露组产妇大多为孕早期只暴露一个月或两个月,此次研究说明,孕早期PAHs暴露对新生儿BDNF的影响较大。孕早期为胎儿神经管发育成熟的关键时期,BDNF对神经系统的发育起到至关重要的作用,孕早期产妇PAHs暴露时间长,使得新生儿BDNF浓度降低,可能会对儿童的智力、发育指数、神经行为能力等造成一定影响。在美国哥伦比亚大学对波兰孕妇接触PAHs的研究中,发现孕期PAHs暴露与5岁儿童的智力下降有关[5];在对纽约孕妇的研究中,发现孕期高度暴露PAHs, 与3岁儿童的智力发育指数下降有关[6, 7]。孕妇PAHs暴露与乌鲁木齐供暖是密不可分的,2011年的数据分析发现乌市大气环境最大容量为全年烟尘4万t、二氧化硫6.7万t、氮氧化物13万t,而2011年,乌市向大气中实际排放烟尘5.5万t、二氧化硫12万t、氮氧化物15万t。其中,仅燃煤供热排放的污染物就超出了环境承载能力[8]。2012年乌市实行煤改气工程,大气质量有了一定的改善,但PAHs的污染仍较严重,有待进一步改进,降低污染。
3.2 孕妇PAHs暴露与新生儿Ahr、产妇Ahr的关系本研究结果显示,仅孕早期PAHs暴露的产妇较孕中晚期及孕全期PAHs暴露的产妇新生儿Ahr浓度高;仅孕早期PAHs暴露的产妇较孕全期PAHs暴露的产妇本身Ahr浓度高。说明PAHs暴露的产妇及新生儿在孕早期更容易吸收PAHs, 进而使产妇与新生儿体内Ahr浓度升高。PAHs与Ahr对人体均具有致癌作用[9],Ahr参与许多信号转导途径,在调控细胞增殖、分化和凋亡方面起着重要作用,而这些过程与肿瘤的发生、发展相关,并最终导致恶性肿瘤的形成[10]。孕妇在孕早期更易吸收PAHs进而使Ahr浓度升高,更进一步加重了PAHs与Ahr二者对于孕妇的致癌性。
本研究通过将PAHs暴露的孕妇分为孕早期、孕中晚期或孕全期暴露三组,并对新生儿BDNF的浓度及母体与子代的Ahr的浓度进行检测,探讨PAHs暴露对子代BDNF的影响。由此可得出的结论为,孕早期PAHs暴露对新生儿BDNF的影响较大;PAHs暴露的产妇及新生儿在孕早期更容易吸收PAHs, 进而使产妇与新生儿体内Ahr浓度升高。本研究也有一定的局限性,样本量小,研究对象局限于一家医院,没有对多家医院均进行采样,缺乏基因相关数据,不能分析基因和环境交互作用,如能进一步从基因角度探索,结合基因和环境的交互研究,能更加的体现研究结果。如今后条件允许,进行前瞻性的队列研究,得出的结果结论则更有参考价值。
[1] |
Perera FP, Rauh V, Whyatt RM, et al. Effect of prenatal exposure to airborne polycyclic aromatic hydrocarbons on neurodevelopment in the first 3 years of life among inner-city children[J]. Environ Health Perspect, 2006, 114(8): 1287-1292. DOI:10.1289/ehp.9084 |
[2] |
李雪琴, 魏瑞丽, 马晓霞. 脑源性神经营养因子的研究现状及应用前景[J]. 中国实用神经疾病杂志, 2006, 9(2): 45-47. DOI:10.3969/j.issn.1673-5110.2006.02.031 |
[3] |
王雪, 何平. 脑源性神经营养因子在缺氧缺血性脑病中脑保护作用的研究进展[J]. 中国现代医生, 2011, 49(23): 30-31. (In English: Wang X, He P. The protective function of brain-derived neurotrophic factor in hypoxicischemicencephalopathy[J]. China Modern Doctor, 2011, 49(23): 30-31. DOI:10.3969/j.issn.1673-9701.2011.23.012) |
[4] |
王承峰.脑源性神经营养因子与新生儿出生体重关系的研究[D].广州: 第一军医大学, 2008. (In English: In English: Wang CF. Study on relationship between brain-derived neurotrophic factor and newborn birth weight[D]. Guangzhou: The First Military Medical University, 2008.) http://d.wanfangdata.com.cn/Thesis/Y1395297
|
[5] |
Edwards SC, Jedrychowski W, Butscher M, et al. Prenatal exposure to airborne polycyclic aromatic hydrocarbons and children's intelligence at 5 years of age in a prospective cohort study in Poland[J]. Environ Health Perspect, 2010, 118(9): 1326-1331. DOI:10.1289/ehp.0901070 |
[6] |
胡昌军. 孕期暴露多环芳烃对后代认知能力的影响[J]. 职业与健康, 2009, 25(1): 90-91. (In English: Hu CJ. Effect of polycyclic aromatic hydrocarbon exposure on cognitive ability of progeny during pregnancy[J]. Occup Health, 2009, 25(1): 90-91.) |
[7] |
Perera FP, Rauh V, Whyatt RM, et al. A summary of recent findings on birth outcomes and developmental effects of prenatal ETS, PAH, and pesticide exposures[J]. Neurotoxicology, 2005, 26(4): 573-587. DOI:10.1016/j.neuro.2004.07.007 |
[8] |
魏疆, 陈学刚, 任泉, 等. 乌鲁木齐市能源结构调整对冬季SO2浓度空间分布变化的影响[J]. 环境污染与防治, 2013, 35(8): 88-91. (In English: Wei J, Chen XG, Ren Q, et al. Study on the effect of energy structure adjustment on concentration of SO2 in different regions of winter Urumqi[J]. Environ Pollut Control, 2013, 35(8): 88-91. DOI:10.3969/j.issn.1001-3865.2013.08.019) |
[9] |
胡玉霞, 常福厚, 白图雅, 等. 多环芳烃类化合物及芳香烃受体在肿瘤发生发展中的作用[J]. 中国生化药物杂志, 2015, 35(6): 185-188. (In English: Hu YX, Chang FH, Bai TY, et al. Role of polycyclic aromatic hydrocarbons and aryl hydrocarbon receptor in the development of tumor[J]. Chin J Biochem Pharmaceut, 2015, 35(6): 185-188.) |
[10] |
Gasiewicz TA, Henry EC, Collins LL. Expression and activity of aryl hydrocarbon receptors in development and cancer[J]. Crit Rev Eukaryot Gene Expr, 2008, 18(4): 279-321. DOI:10.1615/CritRevEukarGeneExpr.v18.i4.10 |