三聚氰胺毒性研究进展

三聚氰胺毒性研究进展摘要：三聚氰胺作为一种重要的化工原料，主要应用于工业生产中，本来与人们的日常生活联系很少。可是近年来接连出现了与三聚氰胺相关的大规模中毒事件，尤其是2008年中国幼婴儿奶粉中毒事件和2007年美国宠物饲料中毒事件影响最为广泛。事件发生后，国内外研究人员对三聚氰胺毒性及其致病机理进行了更为深入的研究，本文从三聚氰胺的理化性质、中毒事件、毒理症状、毒性、代谢动力学、致病机制等六方面对三聚氰胺毒性研究做一综述，并对现在研究中存在的某些问题进行了讨论。关键词：三聚氰胺；毒理学；研究进展三聚氰胺是一种应用广泛而又易得的化工原料，最初主要用于合成三聚氰胺甲醛树脂[1]。后来三聚氰胺还用于合成木材胶黏剂，在涂料行业中做交联剂，在印染行业中做整理剂和固色剂，在建材行业中做阻燃剂和减水剂。近年来，又有一些新的用途被发现，如三聚氰胺家甲醛树脂絮凝剂[2,3]、单壁碳纳米管合成中的活性剂[4]。然而，由于三聚氰胺相关的中毒事件不断出现，人们对它的安全性比以往更加关注了。1理化性质三聚氰胺（英文名：Melamine），是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，简称三胺，俗称蜜胺、蛋白精，又叫2,4,6-三氨基-1,3,5-三嗪、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺、2,4,6-三氨基脲、三聚氰酰胺、氰脲三酰胺。三聚氰胺性状为纯白色单斜棱晶体，无味，密度1.573g/cm3(16℃),常压熔点354℃（分解），快速加热升华，升华温度300℃。在水中溶解度随温度升高而增大,在20℃时，约为3.3g/L，即微溶于冷水，溶于热水，极微溶于热乙醇，不溶于醚、苯和四氯化碳，可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。三聚氰胺呈弱碱性,能与盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸等形成三聚氰胺盐。在中性或微碱性情况下,与甲醛缩合而成羟甲基三聚氰胺,但在微酸性中(pH值5.5～6.5)与羟甲基衍生物进行缩聚反应而生成树脂产物。遇强酸或强碱水溶液易水解,生成三聚氰酸二酰胺、三聚氰酸一酰胺,最后生成三聚氰酸[5]。2中毒事件2008年9月，中国爆发了一场空前的婴幼儿肾病，这种流行病的起因是食用了被三聚氰胺污染的婴幼儿奶粉。至2008年9月日，已有54,436名幼儿接受了救治，其中12,892名幼儿已经出院。在住院的儿童中，小于2岁的超过了80%，2-3岁的约占17.33%，3岁以上的约占0.8%。有4例患儿死于肾结石和肾功能衰竭[5]。香港食品安全中心声称可能感染这种疾病的幼儿中约99%的不到3岁，其中10人患有肾脏疾病。在台湾和澳门也有这些类似的报道[6-8]。2007年3月16日，在美国，大量的宠物饲料被招回，这是因为饲料中含有可能引发宠物肾脏疾病的化学物质[9、10]。在这些招回的饲料中发现存有三聚氰胺，美国食品和药品管理局证实检测到三聚氰胺的小麦麸来自于中国[9]。这使招回的范围扩大到所有可能含有这种小麦麸的食品中[11]。随后，在大米浓缩蛋白中也发现了三聚氰胺[12]。2004年3月，在亚洲爆发了类似的动物肾功能衰竭中毒事件[13-15]。超过6000只狗和一些猫在摄食了某一品牌的商业宠物饲料后出现了肾功能衰竭现象[13]。对于这一事件的报道来自于韩国、台湾的一些媒体[15]。3毒理症状Ching-WanLam等人对15例尿路结石患者进行了临床病理学研究。这15个人的年龄都低于3岁，其中有11名女孩、4名男孩，并且这些人都消费过3-24个月的1-3个不同品牌的被三聚氰胺污染的奶粉。研究发现，其中2人患有肾功能异常、2人排尿困难、1人左肾水肿、1人右肾水肿、M18号病人有急性肾功能衰竭和呕吐的症状[16]。SunN,ShenY等人对一名约8个月大小的男婴进行了肾脏病理特征的研究，这名男婴患有三聚氰胺相关的尿路结石症。研究发现这名男婴由于双边尿道结石而长期无尿，同时伴有部分肾小管细胞坏死、淋巴细胞浸润在肾间质细胞以及局部细胞纤维化等症状[17]。M．E.Thompson等人对2004年-2007年间死于肾功能衰竭的3只狗进行了研究，这3只狗的死因怀疑是食用了被三聚氰胺污染了的宠物饲料。他们研究发现，第1只狗中大约90%的肾小管变得苍白、肿胀、空泡并有退化现象，并且偶有嗜酸细胞增多、细胞核固缩或核溶解、内表皮细胞基膜增厚和嗜碱性的症状，在肾小管和收集管的内皮层和髓质中还存有很多的晶体，这些晶体分布在管腔内和上皮细胞间[17]。在第2、第3只狗中也不同程度的出现了上述现象。JeongW等人在食用了被招回饲料的狗中检测到了黄绿色的肾结石，此外，在肾小管中还检测到细胞坏死、钙化和结石现象[15]。CathyA.Brown等人对两起发生在2004年和2007年宠物中毒事件中的16只患病动物进行了研究，其中有2004年的2只狗、2007年的10只猫和4只狗。这些动物都死于重症尿毒症，在临床上都表现出厌食、呕吐、昏睡、多尿、多饮等症状。16只动物中有8只（包括2004年的两只狗）腹侧舌头溃疡、三分之一的胃黏膜矿化、肺平滑肌和肺泡壁矿化。在这次研究的动物中还表现出了急性肾毒理和慢性肾毒理特征，如在急形肾毒理中表现出远端肾小管坏死，而在慢性肾中毒中晶体更大，并将淋巴细胞连接在一起而最终导致肾小管破裂[13,18]。RoyL.M.Dobson等人对SD大鼠采用口服灌肠的方式以验证三聚氰胺及其类似物的毒性作用时，在尸检中发现肾部水肿，并且肾的重量明显比对照组大，肾小管出现黄褐色条纹形沉淀。冰冻切片进行组织学检测后发现肾小管的大部分区域存在很多晶体，尤其是髓质部，这些晶体数量很多，以致可把肾小管腔堵塞[19]。4三聚氰胺的毒性在早先的研究中，一般认为三聚氰胺是无毒的，是一种安全的、稳定的化合物。例如WernerL.Lipschitz的研究结论：三聚氰胺对狗、大鼠、兔子均无明显毒性,可作为一种潜在的利尿药[20]。同时由于三聚氰胺在水中的溶解度很低，在动物体内不参与代谢活动，90%进入动物体内的三聚氰胺也能够很快被排出体外[21,22],另外大剂量毒性研究显示大鼠经口LD50为3.16g/kg，小鼠鼠经口LD50为4.55g/kg[23]，这些证据更加确证了它对动物的低毒性。然而，随着研究的深入和范围的扩大，人们在大剂量的动物毒性实验中发现三聚氰胺可引起膀胱结石。1984年，Melnick.RL.等人研究了三聚氰胺对噬齿动物的亚急性、慢性毒理作用，他们以F334大鼠和B6C3F1老鼠为实验动物，进行了13周的亚急性、103周的慢性毒理实验。在亚急性研究中发现有膀胱结石现象出现，并且每个种的雄性个体比雌性个体更易出现这种结石。在慢性毒理研究中发现，在4500ppm的高剂量组中8只雄性大鼠产生了移行癌细胞，与对照组相比有显著差异（p≤0.016），并且其中7只大鼠患有膀胱结石，因而在喂食45000ppm三聚氰胺的大鼠中，膀胱结石同膀胱癌的发生在统计学上具有显著的相关性（p≤0.001）[22]。OkumuraM等（1992年）给F344雄性大鼠饲喂不同浓度三聚氰胺饲料36周，也得出了相似结论[24]。CremonezziDC等（2001）利用三聚氰胺处理BALB/C小鼠成功复制出泌尿道肿瘤模型[25]。1999年，PerazellaMA.研究发现一些药物尤其是羟乙氧甲鸟嘌呤、甲氨喋呤、磺胺类药物、印地那韦、氨苯蝶等，由于在人的尿液中是不溶的，这些药物可在人的尿中形成结晶，形成的结晶可引起肾功能不全，并且还可能诱导肾结石的生成，最终可导致肾功能衰竭[26]。三聚氰胺及其类似物的溶解性与这类药物相似，但是由于在自然状态下动物从未发生过与三聚氰胺相关的肾中毒事件，因此认为即使三聚氰胺具有潜在的肾毒性和在大剂量长期作用下具有诱发膀胱癌的可能，但是在动物体内达到这么高的剂量是不可能的[19]。2004年-2007年爆发的宠物中毒事件使人们对三聚氰胺对动物轻微毒性的结论产生了怀疑。在进一步的研究中发现三聚氰胺同其类似物（三聚氰酸一酰胺，三聚氰酸二酰胺，氰尿酸等）的联合作用，尤其是三聚氰胺同氰尿酸的联合作用可引发猫、狗等动物发生尿毒症、急性肾功能衰竭、慢性肾炎等疾病[13，17，19，27]。在2008年奶粉中毒事件中许多婴幼儿出现尿道结石，并伴有白血球尿症状和肾小球功能畸形[16,28]，研究发现三聚氰胺同尿酸的联合作用在这件事件中扮演着重要的角色[16,29]。到现在为止，三聚氰胺直接或间接引起的肾脏疾病和泌尿系统疾病在人类和多种动物方面已有很多证据，这些证据来自于大鼠、小鼠、老鼠、兔子、绵羊、猫、狗及人类爆发的中毒事件和相关的毒理学实验[13,16,17,19,21,22,24,25,29,30]。RoyL.M.Dobson等人将狗肾细胞和猫肾细胞暴露在三聚氰胺污染物的饱和溶液中，24小时后进行观察，但是没有发现对肾细胞很明显的毒性作用，因此推断在各种动物体内所观察到的肾脏毒害不大可能是由三聚氰胺直接的细胞毒理作用而引起的[19]。最近，刘海燕等人研究了三聚氰胺对花鲈的急性毒理实验，在接触、口服、腹腔注射方式下均未表现出明显的毒性作用，对生存率、肥满度、肝体比、脏体比以及血液中的丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、总蛋白、葡萄糖、胆固醇等均无显著影响[31]。在基因毒性方面的研究也显示三聚氰胺不大可能是一种诱变剂[32]。5三聚氰胺的代谢动力学早前的毒物代谢动力学研究显示，成年雄性Fischer344大鼠可将90%以上摄入体内的三聚氰胺经尿液排出体外，放射性同位素示踪显示三聚氰胺是分布在体液中的，并且其浓度分布在血液、肝脏或血浆中的差异很小，只有肾脏和膀胱这两个器官三聚氰胺的浓度明显比血浆中的高，其中膀胱中的浓度最高。但是在24小时或其以后的检测中没有发现三聚氰胺在各个组织中的残留。结果显示，三聚氰胺不参与大鼠体内的代谢活动，其在血浆中被清除一半的时间是2.7小时，在肾脏的清除速率是2.5ml/分钟[21]。另一次在哺乳动物身上进行的三聚氰胺代谢动力学研究是在2007年被报道的。5头健康的约克夏长白猪经静脉注射6.13mg/kg的三聚氰胺24小时后检测其血样，结果显示：（1）、三聚氰胺在猪体内分布总量同体液总量密切相关，并且三聚氰胺仅可存在于细胞外的体液中而不能够广阔的分布在大多数组织器官中；（2）、三聚氰胺在体内可被快速清除，其半数清除时间是4.07±0.39小时、肾脏清除速率是0.11±0.11L/h/kg[33]。在2008的报道中，JenniferL.Buur等人根据以往的研究结果建立了大鼠和猪体内三聚氰胺代谢动力模型，该模型的主要内容是三聚氰胺经静脉注射进入血浆，然后随动脉循环分别进入躯体、肝脏、肾脏，进入肾脏的三聚氰胺经肾清除作用后随尿液排出，而没有被肾脏清除的三聚氰胺重新回到血浆，而后再次进行循环；如果三聚氰胺通过口服摄入，先经过胃的排空、小肠的吸收后进入肝脏，然后随血液循环经肾清除后随尿液排出。该模型根据各器官容量及三聚氰胺在各组织器官中的浓度和其它参数通过数学公式的换算能够对三聚氰胺的浓度进行预测[34]。6致病机制在这几起中毒事件中，虽然在动物和人体内都发现了三聚氰胺的存在并在此后的研究中证实三聚氰胺的存在是引起中毒的主要原因，但是在致病机制方面动物同人类的可能有所不同。比如，在猫和狗体内三聚氰胺往往伴随大量氰尿酸而出现，而在患病的婴幼儿体内没有发现氰尿酸的异常却发现了尿酸浓度异常[16,18,19，35]。目前的研究认为在动物中毒事件中导致猫和狗死亡的直接病因是肾功能衰竭，而肾功能衰竭又是三聚氰胺同氰尿酸在肾脏形成的不溶性晶体造成的结果[13,17,18,19,29]。在此前早有关于结晶物可诱导急性肾功能衰竭的报道，三聚氰胺代谢动力学研究也显示肾脏在三聚氰胺代谢中有重要的作用，并且肾脏和膀胱的三聚氰胺浓度分布明显高于其它器官[21,26,33]。在因宠物食品中毒事件死亡的猫和狗的远端肾小管以及髓质处发现很多的晶体，这些晶体后来被证实主要是由三聚氰胺与氰尿酸共价结合形成的复合物，还有极少数的三聚氰胺的类似物（三聚氰酸一酰胺、三聚氰酸二酰胺等）也在晶体中被发现，此