城市可吸入颗粒物的质粒DNA的评价研究

城市可吸入颗粒物的质粒DNA的评价研究(BioreactivityofairbornePM10inurbanair:aninvitroPlasmidAssay)邵龙义李金娟杨书申肖正辉李慧中国矿业大学（北京）大气环境监测与污染控制研究所国外电信运营劲舞团SF(Beijing)第十二届全国大气环境学术会议辽宁丹东2005年10月教育部博士点基金、北京市自然科学基金“北京市大气中的PM10的微区形貌及有害元素组成分析(项目号8002014，项目负责人：邵龙义)中英科技合作基金首批项目“北京市大气颗粒物(PM10)的物理化学性质研究”（项目负责人：邵龙义和TimJones）国家自然科学基金项目“城市大气可吸入颗粒物的矿物学和地化特征研究”(项目号40275040，项目负责人：邵龙义)5101520100200300400大气中的PM10日浓度变化（ug/m3)哮喘综合症进医院的人数死亡率健康效应指数变化百分率最大空气吸入量的降低可吸入颗粒物对人身体的危害•据英国环境部(1995)统计结果，随着PM10在空气中的含量上升，哮喘病患病率、住院人数以及死亡人数都会上升。PM10每增加50μg/m3，那么哮喘病患病率会上升20%，住院人数上升10%，死亡率增加5%。“质粒”质粒(Plasmid)是一种染色体外的稳定遗传因子,为双链、闭环的DNA分子,并以超螺旋状态存在于宿主细胞中。当质粒被颗粒物表面携带的重金属离子产生氧化性损伤后，可以成为开环DNA分子（oc-DNA）和线化DNA分子（l-DNA）。质粒DNA评价法•质粒DNA评价法(PlasmidDNAassay)是一种测量颗粒物表面所携带的活性氧对这种超螺旋DNA的氧化性损伤能力的体外（invitro）方法。颗粒物对于生物物质(在本文中指质粒DNA)产生的这种损伤效应被称为生物活性(Bioreactivity)。这些不同形态的DNA从琼脂糖凝胶中分离开。然后使用灵敏的显像测密术测量不同形态的DNA所占的比例。线状的和松弛状(被破坏的)DNA占所有形态DNA的比例即为生物活性。Supercoiled（超螺旋）Relaxed（松弛）Linearized（线化）(邵龙义等，2003)50ug/mlElectrophoreticgradient100ug/ml25ug/mlControlH2O2Pm10orPM2.5SupercoiledRelaxedLinearizedRelaxedWell（梳孔）颗粒物生物活性大小表征:TD20andTD50TD20TD20：造成20%的DNA损伤所需的样品量。TD50：造成50%的DNA损伤所需的样品量。北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•Andy27-PM10•采样地点：南口镇（郊区）•TD20:260μg/ml•750μg/mlDNA完全破坏0102030405060708090750500250H2OH2O2Sampleconcentration(ug/ml)Totaldamage(%)Sup.Ave.Lin.Ave.Rel.Ave.(邵龙义等，2003)北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•Andy41-PM2.5•采样地点：南口镇（郊区）•TD20:53μg/ml01020304050607080901001005025H2OH2O2SampleConcentration(ug/ml)Totaldamage(%)RelaxedLinearizedSupercoiled(邵龙义等，2003)•Andy44-PM2.5•采样地点：南口镇（郊区）•TD20:64μg/ml0204060801001005025H2OH2O2Smapleconcentration(ug/ml)Totaldamage(%)RelaxedLinearizedSupercoiled北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤(邵龙义等，2003)北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•A10-PM10•采样地点：市区•采样时间：2000年11月•TD20:137μg/ml0102030405060708090400200100H2OH2O2Concentrations(ug/ml)Totaldamage(%)Sup.Ave.Lin.Ave.Relax.Ave.(邵龙义等，2003)北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•D1C1-PM10•采样时间：2000年4月•采样地点：市区同对照组相比，不同浓度的颗粒物和对照组对超螺旋DNA的损伤没有明显差别，表明该颗粒物对质粒DNA的氧化性损伤很小。•TD201000μg/ml01020304050607080500250100H2OH2O2Concentration(ug/ml)Totaldamage(%)Sup.Ave.Rel.Ave.(邵龙义等，2003)北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•Andy48-PM2.5•采样时间：2001年3月•采样地点：十三陵水库（清洁对照点）•该样品由于颗粒物的质量较少，溶液的原始浓度较低，观察不到它对超螺旋DNA的损伤，因此采用冷却干燥法对样品进行浓缩，以增加溶液的浓度。•TD20:165μg/ml0102030405060701005025H2OH2O2Concentrations(ug/ml)Damage(%)RelaxedSupercoiled(邵龙义等，2003)北京市PM10andPM2.5对质粒DNA的氧化性损伤•Andy50-PM10•采样时间：2001年3月•采样地点：十三陵水库（清洁对照点）•TD20:480μg/ml010203040506020010050H2OH2O2Concentrations(ug/ml)Damage(%)RelaxedSupercoiled(邵龙义等，2003)沙尘暴颗粒对质粒DNA的氧化性损伤无线状DNA形成。同对照组相比，沙尘暴在浓度400和1200μg/ml时，颗粒物和对照组对超螺旋DNA的损伤没有明显差别，表明沙尘暴对质粒DNA的氧化性损伤很小。(邵龙义等，2003)沙尘暴颗粒对质粒DNA的损伤沙尘暴颗粒对质粒DNA的氧化性损伤总体颗粒物和水溶部分对质粒DNA氧化性损伤比较总体颗粒物和水溶部分对质粒DNA的氧化性损伤相差不大，这表明质粒DNA的氧化性损伤可能来自颗粒物的水溶部分。0100200300400No.8No.18M1M2M3M4TD20(gml-1)TD20-WholeTD20-Soluble颗粒物组分数量百分含量与颗粒物生物活性的关系•从图上可看出，烟尘集合体所占的数量百分含量越高，飞灰和矿物颗粒所占的数量百分含量越低，TD20越小，即氧化性损伤能力越强。01020304050607080No.6No.11No.13Mineral,Flyash,Soot(%)050100150200TD20(gml-1)SootMineralFlyashTD20水溶组分Cu、Zn等元素浓度与生物活性的关系010002000300040005000600070008000No.1No.4No.3No.7No.8No.10No.13No.15No.16No.18Traceelements(ppm)020040060080010001200TD20(gml-1)TD20AsCoCrCuMnNiPbVZn水溶组分铜、锌等元素浓度与TD20呈明显的负相关关系，元素浓度越高，TD20越小，即毒性越强。其中，水溶性锌与TD20负相关关系最明显，表明可溶性锌可能是造成质粒DNA损伤的主要元素。主要结论•由于北京市大气颗粒物成分时空变化很大，不同时间和地点采集的大气颗粒物对质粒DNA的氧化性损伤差别很大,它们的TD20可低至50μgml-1或更小,也可能高达500μgml-1以上；•PM2.5比PM10样品对质粒DNA的损伤能力更大；•烟尘集合体的数量百分含量越高，飞灰和矿物颗粒所占的数量百分含量越低，TD20越小，氧化性损伤能力越强；•沙尘暴颗粒物在400甚至1200μgml-1的浓度下仍然未对DNA产生明显损伤；•对DNA的氧化性损伤能力主要来自于颗粒物的水溶部分；•水溶性的Zn可能是造成DNA氧化性损伤的主要元素。Thankyou!