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甲醛职业暴露和环境暴露已经是一个严重的公共卫生问题,甲醛暴露可引起人体免疫系统、呼吸系统、神经系统、心血管系统及皮肤、肝脏等器官的损害。高浓度甲醛是一种遗传毒性物质,2004年6月世界卫生组织的国际癌症研究中心(IARC)发表的报告称,高浓度的甲醛能够导致人类耳、鼻、咽喉癌,同时还提到也可能导致白血病,已经确认甲醛是一种人类致癌物(group I)。常温下甲醛是一种无色,具有强烈刺激性的气体,易溶于水,其35%-40%的水溶液通称为福尔马林,常作为浸渍标本的防腐剂。甲醛具有正电性,分子里含有羰基(>C=O),可发生亲核加成、氧化、还原、歧化等反应,是一种化学性质比较活泼的小分子醛类化合物,活泼的醛基使得它们不需经过代谢就能攻击亲核基团,如核酸和蛋白质等生物大分子物质,形成DNA加合物或DNA蛋白质交联(DPC),引起DNA链间交联、DNA链断裂等遗传损害。而在一定条件下,DNA的损伤可能成为肿瘤发生的启动因素。随着分子生物学理论和技术的迅速发展,生物标志物(Biomarker)的研究作为一个崭新的领域逐渐引起了国内外预防医学界的共同关注。生物标志物所反映的是生物体系与环境因子(化学的、物理的或生物学的)相互作用引起的生理、生化、免疫和遗传等多方面的改变,是环境医学发展到分子水平的重要里程碑,它的研究在分子流行病学、分子毒理学、劳动卫生学、环境医学等诸多领域中均具有极其重要的价值。DNA加合物是生物有效剂量(到达剂量或靶剂量)标志物,反映靶细胞分子内接触剂量的生物标志物,它是毒性化合物进入人体后与细胞DNA相互作用而形成的。DNA加合物被认为是化学致癌、致畸、致突变过程的关键,它一旦逃避了自身修复就可能成为"三致"作用的最小因子。易感性生物标志物(Biomarker of susceptibility)指反映机体先天或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标,如血清α-1-抗胰蛋白酶缺乏者,接触呼吸道刺激剂,易引起肺气肿;有机磷农药中毒时胆碱酯酶活性抑制等等。基因多态性可以作为易感性分子生物标志物,是指如碱基替换、切除/插入和基因复制/切除等引起的DNA序列变异,它们可导致蛋白功能和表型的改变,表现为许多酶都存在同工异构酶的现象。由于生物代谢酶的不同形态在外源性化合物对机体毒性作用的过程中起着不同的作用,决定了机体对化学毒物的易感性。美国国立环境卫生科学研究所(NIEHS)和我国已启动环境基因组计划(Environmental Genomic Project,EGP) ,该计划应用人类基因组计划所使用的方法,旨在探讨环境-基因的相互作用,寻找对环境因素损伤的易感基因及环境反应基因的多态性在疾病病因和发病过程中的作用,鉴定与环境相关疾病的易感等位基因多态性等。基因多态性的研究在职业病预防方面的应用已显示广阔前景,可从分子水平探讨毒物作用机制,对毒物作用性质加速鉴定;可用于高危人群的筛检和监测;对因某基因缺失而导致对某些特定工业毒物易感的个体可以采用基因强化办法,进行基因预防;同时还有助于发展新的疾病预防策略,还可应用于危险度评价等等。由于遗传变异造成个体对甲醛代谢解毒易感性的差异,我国的职业甲醛接触标准还没有能够对遗传易感性人群采取有效的保护措施,并且在遗传易感性差异影响甲醛解毒效应方面还未展开研究。【研究目的】1.从分子水平上探讨体外测试系统中甲醛DNA加合特性,及染毒细胞中甲醛DNA加合物的形成,为接触人群的早期生物学监测、预防及危险性评价提供理论依据。2.探讨基因多态性和甲醛代谢易感性的关系,探寻甲醛职业危害的易感性生物标志物,为职业暴露人群的筛选、高危人群的健康监护提供科学的理论依据,以达到进一步保护甲醛接触者健康,加强职业危害一级预防的目的。【研究方法】1.应用体外试管反应、HPLC分析的方法,研究甲醛DNA的加合特性,包括DNA加合物的形成、DNA的加合位点、DNA加合物的化学键型以及加合反应的反应级数等。2.通过体外细胞染毒的方式,应用紫外吸收光谱移动法探讨甲醛在健康成人外周血淋巴细胞中DNA加合反应的特性,从而证实甲醛诱导人淋巴细胞DNA的加合效应及对哺乳动物细胞的损伤作用。3.采用横断面分子流行病学设计,选择107名甲醛职业工人,以PCR-RFLP方法检测ALDH2、CYP2E1遗传多态性,同时测定接触剂量空气中甲醛的浓度、班末尿中甲酸含量,统计分析基因多态性对甲醛代谢的影响。【研究结果】1.本研究结果表明,在体外试管反应条件下,甲醛可以与四种单脱氧核苷酸中的脱氧鸟苷酸结合形成加合物,引起HPLC的色谱图出现新谱峰;而甲醛在体内的代谢产物甲酸不与四种单脱氧核苷酸发生加合。通过对加合物结合键型的分析,我们推测,甲醛是通过共价键与dGMP相互结合,形成稳定的加合物,反应级数为一级,说明一分子甲醛可以通过共价键与一分子dGMP相互结合,形成稳定的加合物。2.健康成人外周血淋巴细胞染毒试验中,甲醛浓度在40μmol/L时,可与淋巴细胞DNA发生微弱结合,甲醛浓度>40μmol/L时,易与人淋巴细胞内DNA发生结合,活体细胞与小牛胸腺DNA的体外加合反应一致,这表明甲醛中活泼的醛基使得它们不需经过代谢就能攻击核酸碱基,提示甲醛具有遗传毒性效应。3.以107名甲醛接触者外周血淋巴细胞为样本,测定ALDH2和CYP2E1基因型,结果发现,不同ALDH2基因型影响尿中甲酸增加量水平,Kruskal Wallisχ2值9.241,在0.05概率水平上有统计学意义,ALDH2 *1纯合子基因型对甲醛的代谢活性要高于ALDH2 *2纯合子基因型(平均秩次相差13.30);CYP2E1基因5`-frank区域Rsa I/Pst I位点多态性未影响尿中甲酸增加量的水平,秩和检验χ2值4.285,P>0.05。因此ALDH2可作为甲醛易感性生物标志物,用于甲醛职业禁忌症的筛选。【研究结论】1.在体外试管反应条件下,一分子甲醛可以通过共价键与一分子dGMP相互结合,形成稳定的加合物。2.甲醛可诱导人淋巴细胞DNA的加合反应,提示甲醛具有遗传毒性效应。3.ALDH2多态性与人体内甲醛代谢易感性有关,而不同CYP2E1基因型却与人体内甲醛代谢无统计学相关。