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目的:本研究将人胚肺成纤维细胞(human embryonic diploid lung fibroblast,HELF)暴露于不同剂量和不同时间条件下的烹调油烟COFs(COFP和COF VOCs两种组分),研究COFs对HELF的氧化应激效应,包括胞质和线粒体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)水平变化、DNA断裂和脂质过氧化水平。预期可以比较明确地揭示食用油加热初期释放的颗粒物和挥发性污染物的氧化损伤效应。单纯调和油油烟单因素研究为今后的多因素研究积累科学数据。并探讨将HELF细胞暴露于COFP和COF VOCs时,抗氧化剂维生素C(vitamin C,VC)对HELF胞质和线粒体内ROS水平变化的干预作用,验证胞质和线粒体ROS水平的试验方法。为进一步探讨氧化剂和抗氧化剂的作用机理以及抗氧化剂的筛选提供科学依据。
方法:
1.烹调油烟颗粒物和挥发性有机物制备。
1.1烹调油烟采样参数用玻璃纤维滤膜采集COFs中的COFP组分,用活性炭采集COFs中的COF VOCs组分。采样位置距油面0.4m,采样流速设为10L/min,油温250±1℃,食用油、玻璃纤维滤膜和活性炭采样3h后更换。
1.2 COFP和COF VOCs洗脱和母液制备采集有COFP和COF VOCs的玻璃纤维滤膜和活性炭经丙酮浸泡,超声波抽提,滤纸过滤,滤液56℃水浴,挥干丙酮,用增重法确定COFP和COF VOCs的质量。加DMSO溶解,浓度均调整为200mg/ml,-80℃保存。
2.阴性对照和阳性对照在相同条件下,采集油烟前后至少间隔24小时,分别用玻璃纤维滤膜和活性炭采集空气本底样本,作为COFP和COF VOCs的阴性对照。阳性对照使用H<,2>O<,2>(800nmol/ml,24h刺激)。
3.细胞培养HELF细胞复苏后计算细胞存活率。将细胞悬液转入T25培养瓶中,加入含有10%FBS和双抗(100U/ml青霉素,100Lg/ml链霉素)的DMEM培养液,置于37℃ 5%CO<,2>饱和湿度的恒温培养箱中培养。
4.COFs对HELF细胞的Ic50确定HELF细胞接种浓度5×10<4>/ml。培养24h后加入剂量分别为400、200、100、50、25μg/ml的COFP。分别于12、24、48h后进行噻唑兰(thiazolyl blue,MTT)分析,计算细胞存活率和IC<,50>。COF VOCs对HELF细胞的IC<,50>确定方法与COFP相同。依据IC<,50>确定后续实验的COFs暴露剂量和暴露时间。
5.ROS测定HELF细胞接种浓度5×10<4>/ml,培养24h后加入剂量为20、4、0.8μg/ml的COFP。设立空白对照、阴性对照和阳性对照。分别于12、24、48h后进行ROS分析。DCFH-DA和DHR123探针原位装载12h。收集细胞,使用488nm激发波长,525nm发射波长,进行流式细胞术分析。每TLN定10000个细胞,计算平均荧光强度。COF VOCs对HELF细胞ROS的影响测定方法与COFP相同。
6.丙二醛(malondialdehyde,MDA)测定HELF细胞接种浓度5×10<4>/ml,养24h后加入剂量为20、4、0.8μg/ml的COFP。设立空白对照、阴性对照和阳性对照。分别于12、24、48h后收集细胞,冰浴中超声破碎细胞,硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid,TBA)法测定MDA。COF VOCs对HELF细胞MDA的影响测定方法与COFP相同。
7.彗星(Comet)试验HELF细胞接种浓度5×10<4>/ml,培养24h后加入剂量为20、4、0.8μg/ml的COFP。设立空白对照、阴性对照和阳性对照。分别于12、24、48h后收集细胞,调整细胞浓度8×10<5>个/毫升左右。三明治法铺片、裂解、解旋、电泳、中和、甲醇固定。染色后荧光显微镜观察,将图像转为数据形式,计算尾长。COF VOCs对HELF细胞DNA断裂的影响测定方法与COFP相同。
8.VC对细胞ROS变化的干预作用HELF细胞接种浓度5×10<4>/ml。培养24h后用0.05mmol/L VC预处理2h,分别加入剂量为0.8、4、20、100μg/ml的COFP和COF VOCs。设立空白对照、阴性对照和阳性对照。24后进行ROS分析。PCFH-DA和DHR123探针37℃5%CO<,2>饱和湿度原位装载12h。收集细胞,使用488nm激发波长,525nm发射波长,进行流式细胞术分析。每孔测定10000个细胞,计算平均荧光强度。 9统计方法数据经方差齐性检验后选择分析方法,若方差齐用单因素方差分析(ANOVA)进行检验、并用LSD法进行组间比较,方差不齐则用Dunnetts C检验。COFP和COF VOCs相同剂量加或不加VC之间进行t检验。
结果:
1.COFs对HELF细胞的IC<,50>COFP刺激HELF细胞12、24、48h的IC<,50>及95%可信限分别是101.7μg/ml(54.4~190.1μg/ml)、82.7μg/ml(44.3~54.4μg/ml)、85.1μg/ml(43.4~166.8μg/ml)。经方差分析,COFP各剂量在不同时间对HELF细胞的存活率差别无统计学意义。
COF VOCs刺激HELF细胞12、24、48h的IC<,50>及95%可信限分别是104.9μg/ml(52.9~207.8μg/ml)、111.9μg/ml(56.8~220.1μg/ml)、127.2μg/ml(67.6~239.4μg/ml)。经方差分析,COF VOCs各剂量在不同时间对HELF细胞存活率差别无统计学意义。
设20μg/ml为COFs最大剂量,以5倍间距向下共设20、4、0.8gg/ml 3个剂量进行后续试验。
2.COFs对HELF细胞ROS的影响以DCFH-DA标记进行HELF细胞胞质内ROS检测,在12、24、48h暴露条件下,均发现ROS平均荧光强度随COFP剂量增加而增高,并且12、24h暴露时20μg/ml剂量与阴性对照组相比有统计学差异,但COFP各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞胞质ROS之间差别无统计学意义。以DHR123标记进行HELF细胞线粒体内ROS检测,24、48h暴露0.8、4μg/ml剂量与阴性对照组相比有统计学差异,但COFP各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞ROS之间差别无统计学意义。
以DCFH-DA标记进行HELF细胞胞质内ROS检测,在12、24、48h暴露条件下,均发现ROS平均荧光强度随COF VOCs剂量增加而增高,并且12、24h暴露时20μg/ml剂量与阴性对照组相比有统计学差异,但COF VOCs各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞胞质ROS之间差别无统计学意义。以DHR123标记进行HELF细胞线粒体内ROS检测,24、48h暴露0.8、4μg/ml剂量与阴性对照组相比有统计学差异,但COF VOCs各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞线粒体ROS之间差别无统计学意义。
3.COFs对HELF细胞MDA水平的影响在试验剂量和时间范围内,COFP诱导HELF细胞MDA水平与阴性对照组相比无统计学差异,各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞MDA之间差别无统计学意义。
在试验剂量和时间范围内,COF VOCs诱导HELF细胞MDA水平虽然呈现出一定的随剂量升高而升高的趋势,但与阴性对照组相比无统计学差异,各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞MDA之间差别无统计学意义。
4.COFs对HELF细胞DNA断裂的影响COFP和COF VOCs各剂量组不同时间暴露引起DNA断裂水平与阴性对照组相比,差异均有统计学意义。但各剂量组在12、24、48h诱导HELF细胞DNA断裂之间差别无统计学意义。
5.VC预处理对COFs诱导HELF细胞。ROS的影响HELF细胞暴露于COFP和COF VOCs,以DCFH-DA和DHR123标记进行ROS检测,VC预处理后,ROS平均荧光强度较未进行VC预处理时有所降低。
结论:
1.COFP和COF VOCs都能够引起HELF细胞内ROS水平升高。但胞质和线粒体内ROS的变化特征有所不同。
2.在实验剂量和时间范围内,COFP和COF VOCs暴露均不能导致HELF细胞中脂质过氧化水平显著升高,但COF VOCs与MDA变化表现出一定的剂量依赖关系。
3.COFP和COF VOCs暴露引起HELF细胞DNA断裂,并呈现出一定的剂量依赖性。
4.VC预处理在一定程度上降低了对COFP和COF VOCs诱导HELF细胞胞质和线粒体内ROS的水平,显示出VC在一定程度上具有清除细胞内ROS的能力。