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卤乙酸(Haloacetic acids,HAAs)是氯化消毒过程中产生的第二大类消毒副产物(Disinfection by products,DBPs),大量研究表明HAAs具有致畸、致癌、致突变作用,对人体健康和环境具有不可忽视的潜在危害。随着人们对饮用水质量的要求越来越高,一卤乙酸已经成为国内外DBPs研究的热点之一,同时作为毒性最强的HAAs已引起了学者的广泛关注。但到目前为止,对一卤乙酸的形成特征及其对细胞的毒理学效应报道比较少,因此相关研究工作十分值得开展。本研究以梧桐(Firmiana platanifolia)落叶有机物和小球藻(Chlorella pyrenoidosaChick)有机物为实验对象,探究不同亲、疏水性的有机物对其生成的影响。并选用小球藻细胞和HEK293T细胞来量化一氯乙酸(Monochloroacetic Acid)、一溴乙酸(Monobromoacetic Acid)和一碘乙酸(Monoiodoacetic Acid)的细胞毒性,这对评价一卤乙酸对水生生态环境及人类饮用水安全具有重要意义。实验结果如下:
(1)无论是梧桐树叶还是小球藻有机物,经过氯化消毒后,一氯乙酸的生成潜力均低于其他含碳DBPs,如三氯乙酸(TCAA)、二氯乙酸(DCAA)、三氯甲烷(TCM)。而且,相比于DCAA、TCAA和TCM,MCAA前驱物的亲水性较强。
(2)通过将小球藻细胞分别暴露于三种一卤乙酸(MHAA)96h,测定不同时间段小球藻EC50和色素的变化。通过比较EC50的大小得到MHAA在前48h细胞毒性强弱为:一碘乙酸(MIAA)>一溴乙酸(MBAA)>一氯乙酸(MCAA)。从72h和96h的EC50值可知,MHAA对藻细胞毒性强弱变为MCAA>MIAA>MBAA。对于MCAA,细胞毒性呈现浓度时间依赖性,随着浓度增加,暴露时间延长,细胞毒性增强。然而MBAA和MIAA却没有该特性。除了对细胞密度,MHAA对小球藻色素水平也有影响。随着一卤乙酸浓度的增加,小球藻细胞所有检测色素的绝对含量都呈下降趋势,各指标的敏感程度为:叶绿素b>叶绿素a>类胡萝卜素≈细胞密度。实验结果表明高浓度一卤乙酸会造成藻细胞色素比例紊乱,从而导致光合速率变低。
(3)通过将HEK293T细胞分别暴露于MHAA,探究其对HEK293T细胞形态是否产生影响,同时检测不同时间段的IC50值,并测定其氧化损伤。实验结果表明:200μM的MCAA,16μM的MBAA,5.5μM的MIAA染毒HEK293T细胞24h后,细胞形态发生明显变化,染毒组细胞皱缩变圆,细胞间连接松弛。通过比较48h和72h的IC50值可知,MHAA对哺乳动物细胞毒性强弱为:MIAA>MBAA>MCAA。通过检测暴露48h后细胞内超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量可得相对于对照组,400μM的MCAA和2μM的MIAA暴露,会导致HEK293T细胞MDA含量显著增加,而12μMMBAA暴露浓度下MDA的含量相对于对照组显著性降低。当MCAA浓度为300μM和400μM,MBAA的浓度为10和11μM,MIAA的浓度为2.5μM时SOD活性显著增加。上述研究表明MCAA、MBAA、MIAA均可诱导HEK293T细胞产生氧化应激效应。
实验可得:MCAA的前体物亲水性最强;前48h MIAA对小球藻的细胞毒性最强,72~96h MCAA对小球藻的细胞毒性最强;48h和72h MIAA对HEK293T的细胞毒性最强,且在72h时MHAA都能诱导细胞产生氧化损伤。
(1)无论是梧桐树叶还是小球藻有机物,经过氯化消毒后,一氯乙酸的生成潜力均低于其他含碳DBPs,如三氯乙酸(TCAA)、二氯乙酸(DCAA)、三氯甲烷(TCM)。而且,相比于DCAA、TCAA和TCM,MCAA前驱物的亲水性较强。
(2)通过将小球藻细胞分别暴露于三种一卤乙酸(MHAA)96h,测定不同时间段小球藻EC50和色素的变化。通过比较EC50的大小得到MHAA在前48h细胞毒性强弱为:一碘乙酸(MIAA)>一溴乙酸(MBAA)>一氯乙酸(MCAA)。从72h和96h的EC50值可知,MHAA对藻细胞毒性强弱变为MCAA>MIAA>MBAA。对于MCAA,细胞毒性呈现浓度时间依赖性,随着浓度增加,暴露时间延长,细胞毒性增强。然而MBAA和MIAA却没有该特性。除了对细胞密度,MHAA对小球藻色素水平也有影响。随着一卤乙酸浓度的增加,小球藻细胞所有检测色素的绝对含量都呈下降趋势,各指标的敏感程度为:叶绿素b>叶绿素a>类胡萝卜素≈细胞密度。实验结果表明高浓度一卤乙酸会造成藻细胞色素比例紊乱,从而导致光合速率变低。
(3)通过将HEK293T细胞分别暴露于MHAA,探究其对HEK293T细胞形态是否产生影响,同时检测不同时间段的IC50值,并测定其氧化损伤。实验结果表明:200μM的MCAA,16μM的MBAA,5.5μM的MIAA染毒HEK293T细胞24h后,细胞形态发生明显变化,染毒组细胞皱缩变圆,细胞间连接松弛。通过比较48h和72h的IC50值可知,MHAA对哺乳动物细胞毒性强弱为:MIAA>MBAA>MCAA。通过检测暴露48h后细胞内超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)含量可得相对于对照组,400μM的MCAA和2μM的MIAA暴露,会导致HEK293T细胞MDA含量显著增加,而12μMMBAA暴露浓度下MDA的含量相对于对照组显著性降低。当MCAA浓度为300μM和400μM,MBAA的浓度为10和11μM,MIAA的浓度为2.5μM时SOD活性显著增加。上述研究表明MCAA、MBAA、MIAA均可诱导HEK293T细胞产生氧化应激效应。
实验可得:MCAA的前体物亲水性最强;前48h MIAA对小球藻的细胞毒性最强,72~96h MCAA对小球藻的细胞毒性最强;48h和72h MIAA对HEK293T的细胞毒性最强,且在72h时MHAA都能诱导细胞产生氧化损伤。