2种燃料燃烧颗粒物致突变性及其联合作用

2种燃料燃烧颗粒物致突变性及其联合作用

作者：闫洪涛，刘君卓，孔祥环，刘红，温天佑，金晓滨，尹学钧，潘小川

【关键词】液化石油气；煤；燃烧产物；Ames试验；联合作用

摘要：目的比较液化石油气(LPG)燃烧颗粒物和蜂窝煤燃烧颗粒物的致突变性以及二者的联合作用。方法采用Ames法，应用鼠伤寒沙门菌突变型菌株TA98及其衍生菌株YG1021和YG1024进行致突变试验研究，并根据致突变试验结果评价其联合作用。结果2种颗粒物对YG菌株的致突变作用均高于对TA98的作用；LPG燃烧颗粒物比蜂窝煤燃烧颗粒物的致突变作用更强，前者约相当于后者的8倍；二者的联合作用呈相加类型。结论煤和LPG燃烧颗粒物均具有很强的直接和间接致突变作用，主要致突变作用来源于硝基和胺基多环芳烃，2种颗粒物同时存在可加大致癌风险。

关键词：液化石油气；煤；燃烧产物；Ames试验；联合作用

MutagenicitybycombustionparticulatesfromLPGandcoalandtheirjointaction

Abstract：ObjectiveTocomparethemutagenicitiesbycombustionparticulatesfromliquefiedpetroleumgas(LPG)andcoal，andtoknowthemodeloftheirjointAmestestwasbacterialstrainsusedwereSalmonellatyphimuriumTA98anditstwoderivationstrainsYG1021andThemutagenicitybyLPGcombustionparticulateswasabouteighttimesashighasthatbyjointactionmodeloftwocombustionparticulateswasadditiveBothLPGandcoalcombustionparticulatescontainstrongdirectandindirect-actingmutagens，themutagenicityismainlyinducedbynitroarenesandaromaticofcombustionparticulateswillincreasetheriskofcarcinogenesis.

Keywords：liquefiedpetroleumgas(LPG)；coal；combustionproduct；Amestest；jointaction

煤和液化石油气(LPG)是我国的主要家用燃料，其燃烧过程中产生的颗粒物是室内外空气污染的重要成分。研究表明：燃煤颗粒物中含有大量硝基多环芳烃类物质，具有强致突变活性，并与中国宣威女性肺癌高发存在流行病学联系〔1〕。由于LPG燃烧产生的颗粒物和SO2的数量明显低于燃煤，被认为是清洁燃料。然而，早期的Ames试验结果显示，LPG燃烧颗粒物具有直接和间接的致突变活性，其中含有1-硝基芘(NP)和二硝基芘(DNPs)等致突变活性极强的硝基多环芳烃类化合物〔2，3〕，可见LPG清洁而非安全。本文采用Ames试验方法，应用TA98及其2个对硝基和胺基、羟胺基多环芳烃敏感的衍生菌株YG1021(过表达硝基还原酶)和YG1024(过表达乙酰转移酶)〔4，5〕进行试验研究，旨在评价2种颗粒物致突变活性的差异以及二者致突变的联合作用。

1材料与方法

11燃料来源蜂窝煤和LPG均取自北京市居民的家用燃料。

12样品采集及提取样品采集在燃烧实验室内进行(约为60m3)，打扫清洁并封闭严密，将炉具置于室中央，点燃燃料一定时间后，用Anderson大流量分级采样器(美国Anderson公司)采集PM10颗粒物。滤膜用49号玻璃纤维膜。将已采集的滤膜置于索氏提取器中，在56℃水浴中用丙酮提取24h，在蒸馏瓶中浓缩，氮气吹干，所得残渣称重后用二甲基亚砜(DMSO)溶解，置-30℃冰箱中保存备用。

13实验方法

131受试菌株及活化系统鼠伤寒沙门菌突变型菌株TA98和代谢活化系统(S9)(卫生部药品生物制品检定所毒理室)。YG1021和YG1024(日本国立卫生研究所遗传与诱变部DrNohmiT赠送)。实验前对3菌株进行5项主要生物学性状鉴定均合格。

132操作方法采用平板掺入法。实验剂量组由250μg/皿起始，以半量递减。同时设自发回变组(DMSO对照组)和阳性对照组，直接致突变试验的阳性对照物为4-硝基喹啉(4-NQO)，05μg/皿。间接致突变试验的阳性对照物为二氨基蒽(2AA)，1μg/皿，2种阳性对照物(美国Sigma公司)。每个实验剂量组每次试验均作3个平行样，并重复试验1次。2次独立的实验结果相近，每个剂量组的6个平行样有较好的平行关系。当实验组回变菌落数大于自发回变数的2倍时，判定为致突变作用阳性。即该剂量为受试物致突变作用的阈剂量。

133联合作用的实验设计和评价方法根据Ames试验的特点，设计了这种联合作用的实验方案和评价方法，即在实验采用半量递减(或递增)的剂量设计前提下，将2个阈下剂量受试物相加进行实验，观察实验效应，如结果仍为阴性，则判为单独作用类型；如结果为阳性，当结果与阈剂量的结果相近时，判为相加作用；当结果大于阈剂量的高一级剂量的结果时，判为相乘作用。将2个阈剂量的受试物相加进行实验，如出现阴性结果时，则判为拮抗作用。

2结果

21蜂窝煤燃烧颗粒物致突变实验(表1)由表1看出，蜂窝煤燃烧颗粒物的丙酮提取物对3个菌株都具有直接(-S9)和间接致突变作用(+S9)，并且均呈明显的剂量-反应关系。实验的阈剂量YG1021最低，YG1024次之，TA98最高。表明颗粒物中硝基多环芳烃的致突变活性最强，胺基、羟胺基多环芳烃的致突变活性次之，其他种类的致变物只占致突变活性较小的比重。表1蜂窝煤燃烧颗粒物Ames试验结果注：*致突变作用阳性；**阳性对照，-S时采用4-NQO，05μg/皿；+S时采用2AA，lμg/皿

22LPG燃烧颗粒物的致突变实验(表2)由表2看出，LPG燃烧颗粒物的丙酮提取物对于这3个菌株都具有直接致突变作用(-S9)和间接致突变作用(+S9)。且呈剂量-反应关系。其中，对YG1021的直接致突变作用最强，其次是对YG1021的间接致突变作用以及YG1024的直接和间接致突变作用。而对TA98的直接和间接致突变作用相对较弱。表明LPG燃烧颗粒物中硝基多环芳烃是主要致突变物。表2LPG燃烧颗粒物Ames试验结果注：*致变作用阳性；**阳性对照，-S时采用4-NQO，05μg/皿；+S时采用2AA，lμg/皿

232种颗粒物致突变活性比较(表3)比较致突变活性的强弱可以用阈剂量作为衡量指标，阈剂量越低，表明致突变活性越强。比较蜂窝煤和LPG燃烧颗粒物致突变活性的阈剂量，除YG1021在+S时，LPG的致突变活性的阈剂量是蜂窝煤的4倍以外，其他均为8倍。故可认为，LPG对3个菌株的直接和间接致突变活性的阈剂量都大致相当于蜂窝煤的8倍。表32种燃料燃烧颗粒物致突变阈剂量比较表42种燃料燃烧颗粒物致突变联合作用注：*致突变作用阳性

242种燃料燃烧颗粒物致突变联合作用(表4)

由表4看出，将蜂窝煤和LPG各自的阈下剂量分别单独进行Ames试验时，3个菌株的-S9和+S9的结果均为阴性。但是，将2种燃料燃烧颗粒物的阈下剂量合并进行Ames试验时，对3个菌株的-S9和+S9均出现了阳性结果，其回变菌落数均接近二者的单独试验时阈剂量的结果。由于实验剂量分组均是半量递减，也即2个阈下剂量相当于1个阈剂量。因此，当2种颗粒物各自的阈下剂量合并所产生的结果相当于1个阈剂量的结果时，则该联合作用应是相加作用。

3讨论

本研究显示，蜂窝煤和LPG燃烧颗粒物对YG菌株的致突变活性均高于TA98，表明2种燃料颗粒物中均含有致突变活性更强的硝基、胺基、羟胺基多环芳烃，且在致突变活性中起主要作用〔6，7〕。比较2种燃烧颗粒物的阈剂量，LPG燃烧颗粒物大约相当于煤的8倍。根据彭瑞玲等人〔8〕的报道，按照普通家庭的燃料使用量估计，蜂窝煤每天燃烧产生的PM10约为4476mg/d，LPG约为276mg/d，前者是后者的16倍。结合本实验结果可以算出，LPG燃烧2d所产生的致突变物就

相当于蜂窝煤燃烧ld的量。可见，LPG燃烧产物的致突变性是不可忽视的。联合作用是复杂的生物学效应，关于Ames试验的联合作用，目前还没有标准的评价方法。本研究根据Ames试验的特点，设计了这种新的联合作用的实验方案和评价方法(见实验方法部分)。经本研究证实该方法适用于Ames试验联合作用的评价，其优点是：无需另设判断标准，没有烦琐的数学计算，应用十分方便。缺点是仅限于按半量递减(或递加)剂量设计的实验。应用该设计方法，本研究得出2种燃料燃烧颗粒物的联合作用呈相加作用类型的结论。一般认为，当化学物质的结构相近、性质相似、靶器官相同或毒作用机制相同时，其生物学效应往往呈相加作用〔9〕。本研究单独作用的实验结果显示，2种颗粒物中均含有硝基、胺基、羟胺基多环芳烃类致突变物，且在致突变作用中均占重要地位，这些化学物有相近的化学结构和代谢方式及DNA损伤机制〔10〕。因此，应该支持相加作用的结论。

参考文献

〔1〕GranvilleCA，HanleyNM，MumfordJL，etspectraofsmokycoalcombustionemissionsinSalmonellareflecttheTP53andKRASmutationsinlungtumorsfromsmokycoal-exposedindividuals［J］.MutatRes，2003,525(1-2)：77-83.

〔2〕TokiwaH，NakagawaR，Horikawa/carcinogenicagentsinindoorpollutants；thedinitropyrencesgeneratedbykeroseneheatersandfuelgasandliquefiedpetroleumgasburners［J］.MutatRes，1985，157(1)：39-47.

〔3〕尹学钧，李永顺，刘君卓，等.北京市家用液化石油气燃烧颗粒物致突变活性研究［J］.环境与健康杂志，1990,7(2)：49-53.

〔4〕WatanabeM，IshidateMJr,Nohmisensitivemethodforthedetectionofmutagenicnitroarenes：constructionofnitroreductase-overproducingderivativesofSalmonellatyphimuriumstrainsTA98andTA100［J］.MutatRes，1989,216(4)：211-220.

〔5〕WatanabeM，IshidateMJr,Nohmimethodforthedetectionofmutagenicnitroarenesandaromaticamines：newderivativesofSalmonellatyphimuriumtesterstrainspossessingelevatedO-acetyltransferaselevels［J］.MutatRes,1990，234(5)：337-348.

〔6〕TagaRTangN，HattoriT，etmutagenicityofextractsofcoalburning-derivedparticulatesandcontributionofnitropolycyclicaromatichydrocarbons［J］.MutatRes，2005,581(1-2)：91-95.

〔7〕WatanabeT，HaseiT,TakahashiT,etofanovelmutagen，3,6-dinitrobenzo〔e〕pyrene，asamajorcontaminantinsurfacesoilinOsakaandAichiPrefectures，Japan［J］.ChemResToxicol，2005,18(2)：283-289.

〔8〕彭瑞玲，