书名：多环芳烃的神经毒性研究
定价：98.0
ISBN：9787030590138
作者：聂继盛
版次：1
出版时间：2018-10

内容提要：
多环芳烃的神经毒性研究是一个崭新的领域。本书是作者及其团队多年来研究多环芳烃神经毒性的总结。全书共分为两篇。**篇主要研究多环芳烃对职业人群神经功能的损害，发现多环芳烃引起学*记忆功能损伤，神经细胞凋亡和 Tau 蛋白表达增高。发现了苯并[a]芘通过线粒体通路和P25/CDK5 通路致神经细胞凋亡，PKC-NMDA 受体通路、BDNF-Trk B 通路等在学*记忆功能损伤中的作用。第二篇主要研究妊娠期多环芳烃暴露对新生儿发育和神经行为功能的损伤，发现组蛋白去乙酰化酶（HDAC）在苯并[a]芘的神经发育毒性中具有重要作用。

目录：
目录
第 篇职业接触多环芳烃的神经毒性研究
第 章多环芳烃概述 1
第二章多环芳烃神经毒性概述 8
第三章职业接触多环芳烃的神经毒性研究 13
第 节焦炉作业工人的神经行为功能改变 13
第二节焦炉作业工人自主神经功能的改变 19
第三节焦炉作业工人脑电图和脑电地形图的改变 21
第四节焦炉作业工人外周神经传导速度和诱发电位的改变 24
第五节焦炉作业工人神经行为功能改变与CYPIA1基因多态性的关系 26
第四章苯并[a]芘染毒大鼠学*记忆功能改变及机制研究 33
第 节苯并[a]芘染毒大鼠学*记忆损害模型的建立 33
第二节苯并[a]芘染毒对大鼠脑PKC NMDAR影响 40
第三节苯并[a]芘染毒对大鼠脑代谢性谷氨酸受体的影响 42
第四节苯并[a]芘染毒对大鼠脑BDNF -TrkB通路的影响 44
第五节苯并[a]芘染毒对大鼠脑Tau蛋白的影响 46
第五章苯并[a]芘染毒大鼠神经细胞凋亡及机制研究 50
**节苯并[a]芘染毒大鼠脑病理改变 50
第二节苯并[a]芘染毒大鼠脑神经细胞凋亡模型的建立 56
第三节线粒体途径在苯并[a]芘染毒致神经细胞凋亡中的作用 59
第四节P25/CDK5在苯并[a]芘染毒致神经细胞凋亡中的作用 65
第五节神经元细胞周期重启在苯并[a]芘染毒致神经细胞凋亡中的作用 84
第二篇妊娠期多环芳烃暴露引起子代神经发育毒性的研究
第六章多环芳烃所致神经发育毒性概述 90
第七章妊娠期多环芳烃暴露引起新生儿发育变化的研究 94
第 节妊娠期多环芳烃暴露引起新生儿神经行为改变的研究 94
第二节妊娠期多环芳烃暴露、脐血脑源性神经营养因子和新生儿神经行为变化的关系 105
第三节妊娠期多环芳烃暴露、胎盘p300和新生儿神经行为改变的关系 108
第四节妊娠期多环芳烃暴露与脐血淋巴细胞DNA端粒长度的关系 111
第八章妊娠期苯并[a]芘染毒仔鼠神经发育变化的研究 116
第 节妊娠期苯并[a]芘染毒引起仔鼠神经行为变化的研究 116
第二节妊娠期苯并[a]芘染毒引起仔鼠LTP变化的研究 122
第三节妊娠期苯并[a]芘染毒仔鼠神经细胞凋亡研究 123
第九章组蛋白脱乙酰酶在妊娠期苯并[a]芘染毒仔鼠神经发育毒性中的作用 127
第 节组蛋白脱乙酰酶在细胞凋亡及神经可塑性中的作用 127
第二节HDAC在苯并[a]芘体外致神经细胞凋亡中的作用 130
第三节HDAC在妊娠期苯并[a]芘染毒仔鼠脑BDNF变化中的作用 136
参考文献 141
依托本书研究内容发表的科研论文 143
英汉对照 145

在线试读：
**篇 职业接触多环芳烃的
　　神经毒性研究
　　**童 多环芳烃开既述
　　多环芳烃类化合物( polycycl1c aromat1c hydrocarbons，PAHs)在环境中广泛存在，是空气污染颗粒物中的主要有机成分之一。随着煤、石油等化石能源的广泛应用，多环芳烃对人类健康的影响很早就引起广泛关注，自1775年发现其致癌性以来，多环芳烃一直是公共卫生研究的重要内容，也是环境优先控制污染物。目前人类社会发展仍依赖化石能源的供应，每个人从出生开始就暴露于多环芳烃的环境中，多环芳烃类仍是长期影响人群健康的关键环境污染物，有关多环芳烃的基本情况概述如下。
　　一、多环芳烃的来源
　　多环芳烃大多是煤、石油等化石燃料及木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、农作物秸秆、烟草等含碳、氢化合物的物质经不完全燃烧或在还原性气体中经热分解而生成的。多环芳烃可通过多种渠道进入环境，其来源十分复杂，可分为天然源和人为源两种。
　　1．天然源包括燃烧（森林大火和火山喷发）和生物合成（沉积物成岩过程，生物转化过程，微生物、原生动物、藻类、高等植物合成）。
　　2．人为源主要是含碳、氢的有机物不完全燃烧或热裂解形成的，是多环芳烃污染的主要来源，包括交通源（汽车尾气，同时伴随轮胎磨损、路面磨损产生的沥青颗粒及道路扬尘）、家庭燃烧（煤、油、木柴、天然气）、香烟等，另外还有垃圾焚烧和工业活动（金属冶炼、铸造、石油精炼、木柴处理、炼焦、杂酚油制造）等。此外在垃圾深填埋处理过程中，会产生大量垃圾渗透液，经水浸泡后产生含有大量多环芳烃的高浓度有机废水污染，从而对包气带和含水层造成严重污染。自然作用和人为作用的综合结果使得环境中多环芳烃的含量远超出其自然生成的含量，在环境中的分布极为广泛。以上过程产生的多环芳烃一部分随烟气直接进入大气环境，另一部分随废水、废渣直接进入水体或土壤，而进入大气环境的多环芳烃通过干／湿沉降及气-液／气-固界面的交换过程进入水体或土壤中。
　　二、多环芳烃的生物学结构
　　多环芳烃化学性质稳定。当它们发生反应时，趋向保留它们的共轭环状系，一般多通过亲电取代反应形成衍生物并代谢为终致癌物的活泼形式。其基本单元是苯环，但化学性质与苯并不完全相似，主要分为以下几类。
　　1．具有稠合多苯结构的化合物 如三亚苯、二苯并[e，1]芘、四苯并[a，c，h，j]蒽等，与苯有相似的化学稳定性，说明电子在这些多环芳烃中的分布是和苯类似的，如图1-1所示．
　　2．呈直线排列的多环芳烃 如蒽、丁省、戊省等，比苯的化学性质活泼得多。其反应活性随环的增加而变强，环数达到7个的庚省，化学性质极为活泼，几乎无法获得纯品。这种多环芳烃进行化学反应的特点，是常在相当于蒽的中间一个苯环的相对碳位（简称中蒽位）上发生，如图1-2所示。
　　3．呈角状排列的多环芳烃如菲、苯并[a]蒽、苯并[2，3-a]蒽等，其化学活性一般比相应的直线排列的异构体小。加合反应通常在相当于菲的中间的双键部位，即菲的9，10键（简称中菲键）上进行。兀电子很大程度上被限定在中菲键上，因此中菲键的化学性质非常接近于烯键。角状多环芳烃含有4个环以上的，除了较活泼的中菲键外，还常含有直线多环芳烃类似的活泼对位——中蒽位，如苯并[a]蒽的8，15位。但活泼程度比相应的直线状异构体低，基本上也是随环数的增多而增强，如所1-3所示。
　　4．结构更复杂的稠环烃如苯并[a]芘、二苯并[a，1]芘等，具有活泼的中菲键，但没有活泼的对位。这类多环芳烃中具有致癌性的不少，如苯并[a]芘是致癌性*强的多环芳烃。它们的结构如图1-4所示。
　　二、多环芳烃体内代谢
　　 （一）吸收
　　 多环芳烃的主要吸收途径：①经呼吸道吸入含多环芳烃的气溶胶或颗粒物；②经消化道摄入被多环芳烃污染的饮水或食物，或油炸、炭烤食物等；③经皮肤接触吸收。
　　 （二）分布
　　 多环芳烃在体内的分布受多种因素影响，如多环芳烃种类、摄入途径、载体、有无代谢酶诱导物等。研究表明，多环芳烃进入体内后，几乎每个器官都能检出；又由于多环芳烃是亲脂性物质，脂质含量丰富的器官成为其储存库；多环芳烃及其代谢产物存在肝肠循环，所以胃肠道中多环芳烃及其代谢产物浓度较高。多环芳烃也可透过胎盘屏障。
　　 （三）代谢转化
　　 多环芳烃一般代谢途径：先经1相代谢，首先生成环氧化物、酚、二氢二醇等，并进一步氧化为二醇环氧化物、四氢四醇、酚环氧化物等。1相代谢产物是亲电活性中间体，可与谷胱甘肽、硫酸根、葡萄糖醛酸等结合形成11相代谢产物，极性和水溶性较母体高，易排出体外。也可与生物大分子（蛋白质、卵清蛋白等）共价结合，使其结构与功能发生改变，从而发挥其毒性作用。
　　细胞色素P450（简称CYP或P450）是一类能氧化各种内外源性物质的酶，其中CYP1、CYP2、CYP3三族的某些酶能代谢PAHs，但它们在组织分布及催化效能土有很大差异。
　　CYP1A:在各种组织中低水平表达，能代谢多种PAH。PAH本身可激活芳烃受体(AhR)而诱导CYP1A表达从而促进自身代谢，降低组织内的含量，增加排出。CYP1A被诱导后，在胎盘肺、外周血细胞中的活性能达到很高的水平但肝内活性仍然很低。因此在肝中，其他CYP代谢环芳烃的意义相对较大。
　　CYP1A2：其表达也受AhR调控，被诱导后肝内活性可达很高水平，具有很强的氧化能力将苯并[a]芘氧化为7，8-_氢二醇和7，8-_氢二醇环氧化物，后者是苯并[a]芘的重要活性中间体，是终致癌物。
　　CYP2B：肝内活性极低，但可被戊巴比妥类诱导剂诱导。它可将苯并[a]芘氧化为3，9--酚和反一二氢二醇，也可代谢7，12-_甲基苯并[a]蒽。
　　CYP2C:该亚族含多种成分，有的在肝中高表达，对苯并[a]芘和7，12-_甲基苯并[a]蒽的代谢意义重大。
　　CYP3A:是肝中含量*高的CYP之一，能催化苯并[a]芘及其二氢二醇类代谢产物。有实验显示CYP3A4是形成3一羟苯并[a]芘的*重要的酶。
　　上述各种酶可被体内外多种诱导物诱导，其表达和诱导也可受基因多态性影响，目前己对CYP1A1、CYP1A2、CYP2C和CYP3A等的多态性进行了研究。基因多态性可对机体代谢PAHs的能力产生极大的影响。皮肤代谢PAH过程中，CYP的意义相对较低。
　　关于多环芳烃类的代谢过程，目前了解*多的是苯并[a]芘，其过程如下：苯并[a]芘首先在CYP的作用下生成多种环氧化物，其代谢途径可分为：①非酶自发降解为酚或醌，如6一羟苯并[a]芘可被代谢为l，6一醌、3，6一醌和6，12-醌，后者可与硫酸或葡萄糖醛酸结合，变成低毒或无毒物质排出体外；②与谷胱甘肽共价结合，形成无毒加合物，阻断其与生物大分子共价结合；③在环氧化物水解酶作用下生成二氢二醇化合物，如9一羟苯并[a]芘可生成4，5一环氧化物，进一步水解为9一羟苯并芘一4，5--醇。苯并芘7，8一环氧化物可水解为7，8-_氢二醇，然后环氧化为苯并芘7，8-_氢二醇一9，10-环氧化物，该产物有很强的胚胎毒性和致畸性，也是苯并[a]芘主要的终致癌物，其碳正离子可与生物大分子的亲核基团共价结合。这里需要提到N1H转移，N1H转移是指氢、烷基、芳烃从B碳原予转移到附近的一个缺乏电子的碳原子上，如1，2位的转移。1965年Jer1na等首先证实N1H转移是芳烃环氧化物形成的中间步骤，为多环芳烃的羟化机制研究提供了一条线索，多环芳烃羟化的*初产物是环氧化物而不是酚。但是芳烃环氧化物远不如烯烃环氧化物稳定，其中一个碳氧键的解离产生一个正离子，这个正离子通过连接到芳烃环的其他双键而得以稳定。该正离子启动了N1H转移重排，*后产生羟化产物。该产物与在C-H键中直接插入氧的产物是一致的。这一重排包括一个氢化物从带氧的碳原子转移到另一个碳位上形成酮基，再经过质子异物化形成多环芳烃环。在CYP的作用下，多环芳烃在其终环上形成一个环氧化物的代谢中间体。虽然不同的多环芳烃化合物都可以形成这样的中间体，但催化这一反应的CYP有其专一性。这种环氧化物有两个碳氧键。理论上其中任何一个环均可被打破，因此可以产生两个不同的酚类产物。
　　苯并[a]芘代谢过程复杂，可同时或先后经历多种反应，产生20多种氧化代谢产物和大量结合物，如环氧化物、酚、醌、二醇、二氢二醇、二醇环氧化物和四醇等。实验表明，苯并[a]芘首先由纯化的大鼠肝脏CYP催化，在7，8碳位上形成环氧化物，它具有空问构象特异性，生成的(+)7，8一环氧化物和（一）7，8一环氧化物对映体的比例为(97：3)～(99：1)，而在人肝样本中的比例则为64：36。7，8一环氧化物再被水解为二氢二醇。理论上每一种7，8一环氧化物都可以被水解为这两种二氢二醇的对映体，但由于这种微粒体环氧化物水解酶有区域专一性，仅攻击苯并[a]芘的第8位碳原子，因此每一种环氧化物只能产生一种二氢二醇对映体。这些二氢二醇化合物在CYP催化下，进一步在湾区（即苯并[a]芘第10、11碳原子间的区域）内产生各种苯并[a]芘二氢二醇环氧化物。
　　为了阐明致癌活性代谢物的作用，需观察这种代谢物和DNA加合物遗传损伤及突变发生在靶组织之间的联系，这一联系扩大了从分子水平（有机功能基团的活性）到生物学水平（肿瘤细胞和组织形态与功能）的分析。苯并[a]芘一7，8二氢二醇一9，10环氧化物(BPDE)在受到水和亲核攻击后形成稳定的产物，并结合到生物大分子上。实验表明，经过微粒体酶和高度纯化的CYP活化的苯并[a]芘（或7，8-_醇一苯并[a]芘）有顺式和反式两种BPDE异构体，其羟化和亲电子表现是不同的。顺式BPDE的生物半衰期为40秒，而反式BPDF力20秒。这种差别是由于顺式的分子内在酸催化下环氧环打开，即7一羟基质子氢键转移到环氧化物的氧上。而这一反应在反式BPDE上是不可能的，而且也未见到和8一羟基质子的互相作用。对两种异构体及所有湾区二醇环氧化物而言，异常高度的活性是由于环氧环受酸的催化而打开使得苯环正离子稳定化而产生的。BPDE各种异构体的生物学活性有很大差别。(+) -反式BPDE对哺乳类细胞的致突变性大大强于(+)圳顷式BPDF、（一）顺式BPDE或（一）一反式BPDE，但是后三种异构体对细菌的致突变性要强于前一种。
　　BPDE易与蛋白质和核酸反应。BPDE极易与嘌呤碱基反应，尤其是与鸟嘌呤反应，通过攻击鸟嘌呤环外的氮原子(N)，在二醇环氧化物湾区的碳原子(C)上形成加合物。实验观察到鸟嘌呤Nr可以和所有苯并[a]芘湾区二醇环氧化物反应形成加合物。当顺式与反式的苯并[a]芘一7，8二醇一9，10-环氧化物与聚鸟嘌呤核苷一起培养，鸟嘌呤氮基主要与顺式环氧化物的氧连接。分析结果表明形成的主要是二醇环氧化物加合物，之后被确定为7R，8S，9R三羟基_1OSNr_脱氧鸟嘌呤一7，8，9，10-四羟基苯并[a]芘。这一加合物占己发现加合物的90%。该加合物证明了苯并[a]芘的代谢，包括二醇环氧化物与DNA反应都具有高度区域性和立体选择性。对嘌呤N的攻击并不代表N是嘌呤上*亲核的部位，事实上，脱氧鸟嘌呤也与反-BPDE反应形成N，力口合物。DNA的分子结构有利于在N的值置上形成加合物。尽管反式-BPDE的一种对映体对形成大部分共价加合物起主要作用，但这并不一定与其毒性有关，也有可能产生一些在加合物分析中未检测到的DNA损伤并产生突变。
　　由BPDE加合物产生的一种常见的突变是G-T转换，产生这一突变是由于苯并[a]芘核心部位加到脱氧鸟嘌呤的N上，改变了DNA的双螺旋结构，这种结构的变化改变了该嘌呤有功能的碱基数及其配对，使其在与第二个嘌呤配对时，即与姐妹链的脱氧腺嘌呤配对时将这种转换固定下来。
　　DNA加合物可干扰基因产物的正常表达或导致该基因产物的功能改变。虽然DNA加合物本身并不具有致突变性，但由聚合酶及修复酶参与的这一过程或者是修复了损伤（恢复原来DNA的程序），或者是使DNA程序发生**的改变。一旦这种改变被固定，即引起突变。由此可以推论，苯并[a]芘的代谢物二氢二醇环氧化物具有致癌活性。
　　（四）排泄
　　多环芳烃代谢产物主要通过尿、粪排泄。在尿、粪中能检出多种多环芳烃代谢产物，包括硫醚、萘酚、B一萘胺、羟基菲和1一羟基芘等。其中1一羟基芘( 1-OHP)及其葡萄糖醛酸结合物是尿中PAH的主要代谢产物，可作为接触PAH的暴露标志物。Weysnd等以1Ug/kg俸重剂量经气管灌注染毒SD大鼠，发现多环芳烃代谢产物存在肝肠循环现象，此后经粪排泄途径也引起了重视。肝肠循环能提高胆汁和肠道PAH代谢产物水平。这些代谢产物可能被肠道菌丛活化而发挥有害效应。
　　四、多环芳烃内暴露的评价
　　（一）1．羟基芘( 1-OHP)
　　尿中1-OHP可作为接触多环芳烃的暴露标志物。多环芳烃的污染都含有芘，所含比例较高(2%～10%)。在不同工作场所中，空气中芘浓度与苯并[a]芘、其他多环芳烃及总多环芳烃浓度之间有很强的相关性。芘主要代谢产物是1-OHP，从尿中排泄。采样容易、非侵入性、检测方便快速。大多数人尿中1-OHP的水平很低。不同国家居民的背景浓度约为0.06～0.23Umol/mol肌酐，不受年龄、性别、饮酒的影响。吸烟者、焦炉工人、食炭烤食物者的尿中1-OHP浓度升高。Jongeneelen等建议将其作为评价接触多环芳烃的生物标志物，以反映其内剂量。目前该指标己被广泛采用。但由于不同环境中芘或苯并[a]芘在总多环芳烃中所占比例不一，所以仅凭尿1-OHP来比较不同环境中多环芳烃的接触剂量有一定缺陷。目前也不能仅仅根据尿1-OHP浓度来评价暴露于多环芳烃的危险度，因尿1-OHP水平与PAH长期效应的关系尚不清楚。
　　（二）DNA加合物
　　一般而言能导致尿1-OHP浓度升高的PAH暴露水平，总能使DNA加合物水平升高。有趣的是，即使PAH暴露水平上下相差几个数量级，所测得的DNA加合物水平相差并不悬殊。
　　DNA加合物水平的个体差异很大。焦炉工人DNA加合物水平上下相差100倍，而对照个体之间则可相差50倍。该现象可能是由淋巴细胞芳烃羟化酶(AHH)活性诱导的差异，以及由此导致的致癌性多环芳烃的解毒、DNA损伤修复能力的差异引起的。
　　一般人群中，白细胞DNA加合物水平为0.1～10加合物/108核苷酸。在胎盘和堕胎胎儿的肝、肺组织中均可检出DNA加合物，但胎盘加合物水平不能反映胎儿组织中加合物的水平。外周血细胞中DNA加合物水平与吸烟的关系有相反报道。多数研究显示二者无关，但有人报道吸烟与不吸烟者DNA加合物水平*大可相差3倍。茌有多环芳烃污染的工业区一般人群的DNA加合物水平增高，如波兰S1les1a地区，人群该水平可达13加合物/108核苷酸。我国燃烧烟煤所致PAH污染区，女性白细胞中DNA加合物水平可达8加合物/108核苷酸。食用炭烤食物者，其DNA加合物水平也见增高。职业人群的DNA加合物检出率及水平均高于对照人群，暴露浓度与加合物水平之间存在相关性。
　　DNA加合物生命周期短，样品不易得到，且生成加合物的量少，故其检测方法要求灵敏度高、特异性强、样品用量少、应用范围广。近年用的检测方法有免疫法、荧光法和32p后标记法。前两种方法检测限为1加合物/107～108核苷酸，32p后标记法检测限可达1加合物/10lo核苷酸。由于检测终点不同，直接比较各种方法测得的加合物水平是不恰当的。32p后标记法虽特异性不好，但因其不用事先制备标样，用空白对照能直接定性定量DNA加合物，故得以迅速推广。
　　在人群流行病学研究中选择检测DNA加合物水平的生物材料，必须考虑到材料的可利用比、低损伤性或无损伤性、取材的方便性、代表性和加合物形成的敏感性。替代组织中目前*常用的生物材料是外周血淋巴细胞，其取材简单，寿命较长，但缺点在于淋巳细胞中DNA加合物水平与靶组织，如肺的加合物水平无相关性，且肺组织中有的加合物在淋巴细胞中并不存在。应用靶组织检测DNA加合物并不比替代组织理想，如肺中DNA加合物水平不能有效反映致癌危险性，且肺不同部位加合物水平也不同。
　　PAH的活性代谢产物形成的DNA加合物，在反映PAH暴露方面不如尿1—OHP敏感。且不同个体间该加合物水平差异巨大。因此，DNA加合物可作为接触PAH的效应标志物，而其作为暴露标志物的意义则较差。它可用来筛选多环芳烃致DNA损伤的易感人群。
　　（三）蛋白质加合物
　　尽管DNA共价结合物具有重要的生物意义，但其在细胞中只是少量存在。由于每克肝脏仅含2mg DNA，只相当于20pmol/g肝脏，所以仅有lppm的摄入量被结合为肝DNA加合物。在其他组织中也得到相同的水平。而蛋白质结合的水平要高得多（大约每1mg蛋白质含300pmol），而且总蛋白质的量比DNA多100倍，因此，在活体内检测蛋白质结合比检测DNA结合要**篇 职业接触多环芳烃的
　　神经毒性研究
　　**童 多环芳烃开既述
　　多环芳烃类化合物( polycycl1c aromat1c hydrocarbons，PAHs)在环境中广泛存在，是空气污染颗粒物中的主要有机成分之一。随着煤、石油等化石能源的广泛应用，多环芳烃对人类健康的影响很早就引起广泛关注，自1775年发现其致癌性以来，多环芳烃一直是公共卫生研究的重要内容，也是环境优先控制污染物。目前人类社会发展仍依赖化石能源的供应，每个人从出生开始就暴露于多环芳烃的环境中，多环芳烃类仍是长期影响人群健康的关键环境污染物，有关多环芳烃的基本情况概述如下。
　　一、多环芳烃的来源
　　多环芳烃大多是煤、石油等化石燃料及木材、天然气、汽油、重油、有机高分子化合物、纸张、农作物秸秆、烟草等含碳、氢化合物的物质经不完全燃烧或在还原性气体中经热分解而生成的。多环芳烃可通过多种渠道进入环境，其来源十分复杂，可分为天然源和人为源两种。
　　1．天然源包括燃烧（森林大火和火山喷发）和生物合成（沉积物成岩过程，生物转化过程，微生物、原生动物、藻类、高等植物合成）。
　　2．人为源主要是含碳、氢的有机物不完全燃烧或热裂解形成的，是多环芳烃污染的主要来源，包括交通源（汽车尾气，同时伴随轮胎磨损、路面磨损产生的沥青颗粒及道路扬尘）、家庭燃烧（煤、油、木柴、天然气）、香烟等，另外还有垃圾焚烧和工业活动（金属冶炼、铸造、石油精炼、木柴处理、炼焦、杂酚油制造）等。此外在垃圾深填埋处理过程中，会产生大量垃圾渗透液，经水浸泡后产生含有大量多环芳烃的高浓度有机废水污染，从而对包气带和含水层造成严重污染。自然作用和人为作用的综合结果使得环境中多环芳烃的含量远超出其自然生成的含量，在环境中的分布极为广泛。以上过程产生的多环芳烃一部分随烟气直接进入大气环境，另一部分随废水、废渣直接进入水体或土壤，而进入大气环境的多环芳烃通过干／湿沉降及气-液／气-固界面的交换过程进入水体或土壤中。
　　二、多环芳烃的生物学结构
　　多环芳烃化学性质稳定。当它们发生反应时，趋向保留它们的共轭环状系，一般多通过亲电取代反应形成衍生物并代谢为终致癌物的活泼形式。其基本单元是苯环，但化学性质与苯并不完全相似，主要分为以下几类。
　　1．具有稠合多苯结构的化合物 如三亚苯、二苯并[e，1]芘、四苯并[a，c，h，j]蒽等，与苯有相似的化学稳定性，说明电子在这些多环芳烃中的分布是和苯类似的，如图1-1所示．
　　2．呈直线排列的多环芳烃 如蒽、丁省、戊省等，比苯的化学性质活泼得多。其反应活性随环的增加而变强，环数达到7个的庚省，化学性质极为活泼，几乎无法获得纯品。这种多环芳烃进行化学反应的特点，是常在相当于蒽的中间一个苯环的相对碳位（简称中蒽位）上发生，如图1-2所示。
　　3．呈角状排列的多环芳烃如菲、苯并[a]蒽、苯并[2，3-a]蒽等，其化学活性一般比相应的直线排列的异构体小。加合反应通常在相当于菲的中间的双键部位，即菲的9，10键（简称中菲键）上进行。兀电子很大程度上被限定在中菲键上，因此中菲键的化学性质非常接近于烯键。角状多环芳烃含有4个环以上的，除了较活泼的中菲键外，还常含有直线多环芳烃类似的活泼对位——中蒽位，如苯并[a]蒽的8，15位。但活泼程度比相应的直线状异构体低，基本上也是随环数的增多而增强，如所1-3所示。
　　4．结构更复杂的稠环烃如苯并[a]芘、二苯并[a，1]芘等，具有活泼的中菲键，但没有活泼的对位。这类多环芳烃中具有致癌性的不少，如苯并[a]芘是致癌性*强的多环芳烃。它们的结构如图1-4所示。
　　二、多环芳烃体内代谢
　　 （一）吸收
　　 多环芳烃的主要吸收途径：①经呼吸道吸入含多环芳烃的气溶胶或颗粒物；②经消化道摄入被多环芳烃污染的饮水或食物，或油炸、炭烤食物等；③经皮肤接触吸收。
　　 （二）分布
　　 多环芳烃在体内的分布受多种因素影响，如多环芳烃种类、摄入途径、载体、有无代谢酶诱导物等。研究表明，多环芳烃进入体内后，几乎每个器官都能检出；又由于多环芳烃是亲脂性物质，脂质含量丰富的器官成为其储存库；多环芳烃及其代谢产物存在肝肠循环，所以胃肠道中多环芳烃及其代谢产物浓度较高。多环芳烃也可透过胎盘屏障。
　　 （三）代谢转化
　　 多环芳烃一般代谢途径：先经1相代谢，首先生成环氧化物、酚、二氢二醇等，并进一步氧化为二醇环氧化物、四氢四醇、酚环氧化物等。1相代谢产物是亲电活性中间体，可与谷胱甘肽、硫酸根、葡萄糖醛酸等结合形成11相代谢产物，极性和水溶性较母体高，易排出体外。也可与生物大分子（蛋白质、卵清蛋白等）共价结合，使其结构与功能发生改变，从而发挥其毒性作用。
　　细胞色素P450（简称CYP或P450）是一类能氧化各种内外源性物质的酶，其中CYP1、CYP2、CYP3三族的某些酶能代谢PAHs，但它们在组织分布及催化效能土有很大差异。
　　CYP1A:在各种组织中低水平表达，能代谢多种PAH。PAH本身可激活芳烃受体(AhR)而诱导CYP1A表达从而促进自身代谢，降低组织内的含量，增加排出。CYP1A被诱导后，在胎盘肺、外周血细胞中的活性能达到很高的水平但肝内活性仍然很低。因此在肝中，其他CYP代谢环芳烃的意义相对较大。
　　CYP1A2：其表达也受AhR调控，被诱导后肝内活性可达很高水平，具有很强的氧化能力将苯并[a]芘氧化为7，8-_氢二醇和7，8-_氢二醇环氧化物，后者是苯并[a]芘的重要活性中间体，是终致癌物。
　　CYP2B：肝内活性极低，但可被戊巴比妥类诱导剂诱导。它可将苯并[a]芘氧化为3，9--酚和反一二氢二醇，也可代谢7，12-_甲基苯并[a]蒽。
　　CYP2C:该亚族含多种成分，有的在肝中高表达，对苯并[a]芘和7，12-_甲基苯并[a]蒽的代谢意义重大。
　　CYP3A:是肝中含量*高的CYP之一，能催化苯并[a]芘及其二氢二醇类代谢产物。有实验显示CYP3A4是形成3一羟苯并[a]芘的*重要的酶。
　　上述各种酶可被体内外多种诱导物诱导，其表达和诱导也可受基因多态性影响，目前己对CYP1A1、CYP1A2、CYP2C和CYP3A等的多态性进行了研究。基因多态性可对机体代谢PAHs的能力产生极大的影响。皮肤代谢PAH过程中，CYP的意义相对较低。
　　关于多环芳烃类的代谢过程，目前了解*多的是苯并[a]芘，其过程如下：苯并[a]芘首先在CYP的作用下生成多种环氧化物，其代谢途径可分为：①非酶自发降解为酚或醌，如6一羟苯并[a]芘可被代谢为l，6一醌、3，6一醌和6，12-醌，后者可与硫酸或葡萄糖醛酸结合，变成低毒或无毒物质排出体外；②与谷胱甘肽共价结合，形成无毒加合物，阻断其与生物大分子共价结合；③在环氧化物水解酶作用下生成二氢二醇化合物，如9一羟苯并[a]芘可生成4，5一环氧化物，进一步水解为9一羟苯并芘一4，5--醇。苯并芘7，8一环氧化物可水解为7，8-_氢二醇，然后环氧化为苯并芘7，8-_氢二醇一9，10-环氧化物，该产物有很强的胚胎毒性和致畸性，也是苯并[a]芘主要的终致癌物，其碳正离子可与生物大分子的亲核基团共价结合。这里需要提到N1H转移，N1H转移是指氢、烷基、芳烃从B碳原予转移到附近的一个缺乏电子的碳原子上，如1，2位的转移。1965年Jer1na等首先证实N1H转移是芳烃环氧化物形成的中间步骤，为多环芳烃的羟化机制研究提供了一条线索，多环芳烃羟化的*初产物是环氧化物而不是酚。但是芳烃环氧化物远不如烯烃环氧化物稳定，其中一个碳氧键的解离产生一个正离子，这个正离子通过连接到芳烃环的其他双键而得以稳定。该正离子启动了N1H转移重排，*后产生羟化产物。该产物与在C-H键中直接插入氧的产物是一致的。这一重排包括一个氢化物从带氧的碳原子转移到另一个碳位上形成酮基，再经过质子异物化形成多环芳烃环。在CYP的作用下，多环芳烃在其终环上形成一个环氧化物的代谢中间体。虽然不同的多环芳烃化合物都可以形成这样的中间体，但催化这一反应的CYP有其专一性。这种环氧化物有两个碳氧键。理论上其中任何一个环均可被打破，因此可以产生两个不同的酚类产物。
　　苯并[a]芘代谢过程复杂，可同时或先后经历多种反应，产生20多种氧化代谢产物和大量结合物，如环氧化物、酚、醌、二醇、二氢二醇、二醇环氧化物和四醇等。实验表明，苯并[a]芘首先由纯化的大鼠肝脏CYP催化，在7，8碳位上形成环氧化物，它具有空问构象特异性，生成的(+)7，8一环氧化物和（一）7，8一环氧化物对映体的比例为(97：3)～(99：1)，而在人肝样本中的比例则为64：36。7，8一环氧化物再被水解为二氢二醇。理论上每一种7，8一环氧化物都可以被水解为这两种二氢二醇的对映体，但由于这种微粒体环氧化物水解酶有区域专一性，仅攻击苯并[a]芘的第8位碳原子，因此每一种环氧化物只能产生一种二氢二醇对映体。这些二氢二醇化合物在CYP催化下，进一步在湾区（即苯并[a]芘第10、11碳原子间的区域）内产生各种苯并[a]芘二氢二醇环氧化物。
　　为了阐明致癌活性代谢物的作用，需观察这种代谢物和DNA加合物遗传损伤及突变发生在靶组织之间的联系，这一联系扩大了从分子水平（有机功能基团的活性）到生物学水平（肿瘤细胞和组织形态与功能）的分析。苯并[a]芘一7，8二氢二醇一9，10环氧化物(BPDE)在受到水和亲核攻击后形成稳定的产物，并结合到生物大分子上。实验表明，经过微粒体酶和高度纯化的CYP活化的苯并[a]芘（或7，8-_醇一苯并[a]芘）有顺式和反式两种BPDE异构体，其羟化和亲电子表现是不同的。顺式BPDE的生物半衰期为40秒，而反式BPDF力20秒。这种差别是由于顺式的分子内在酸催化下环氧环打开，即7一羟基质子氢键转移到环氧化物的氧上。而这一反应在反式BPDE上是不可能的，而且也未见到和8一羟基质子的互相作用。对两种异构体及所有湾区二醇环氧化物而言，异常高度的活性是由于环氧环受酸的催化而打开使得苯环正离子稳定化而产生的。BPDE各种异构体的生物学活性有很大差别。(+) -反式BPDE对哺乳类细胞的致突变性大大强于(+)圳顷式BPDF、（一）顺式BPDE或（一）一反式BPDE，但是后三种异构体对细菌的致突变性要强于前一种。
　　BPDE易与蛋白质和核酸反应。BPDE极易与嘌呤碱基反应，尤其是与鸟嘌呤反应，通过攻击鸟嘌呤环外的氮原子(N)，在二醇环氧化物湾区的碳原子(C)上形成加合物。实验观察到鸟嘌呤Nr可以和所有苯并[a]芘湾区二醇环氧化物反应形成加合物。当顺式与反式的苯并[a]芘一7，8二醇一9，10-环氧化物与聚鸟嘌呤核苷一起培养，鸟嘌呤氮基主要与顺式环氧化物的氧连接。分析结果表明形成的主要是二醇环氧化物加合物，之后被确定为7R，8S，9R三羟基_1OSNr_脱氧鸟嘌呤一7，8，9，10-四羟基苯并[a]芘。这一加合物占己发现加合物的90%。该加合物证明了苯并[a]芘的代谢，包括二醇环氧化物与DNA反应都具有高度区域性和立体选择性。对嘌呤N的攻击并不代表N是嘌呤上*亲核的部位，事实上，脱氧鸟嘌呤也与反-BPDE反应形成N，力口合物。DNA的分子结构有利于在N的值置上形成加合物。尽管反式-BPDE的一种对映体对形成大部分共价加合物起主要作用，但这并不一定与其毒性有关，也有可能产生一些在加合物分析中未检测到的DNA损伤并产生突变。
　　由BPDE加合物产生的一种常见的突变是G-T转换，产生这一突变是由于苯并[a]芘核心部位加到脱氧鸟嘌呤的N上，改变了DNA的双螺旋结构，这种结构的变化改变了该嘌呤有功能的碱基数及其配对，使其在与第二个嘌呤配对时，即与姐妹链的脱氧腺嘌呤配对时将这种转换固定下来。
　　DNA加合物可干扰基因产物的正常表达或导致该基因产物的功能改变。虽然DNA加合物本身并不具有致突变性，但由聚合酶及修复酶参与的这一过程或者是修复了损伤（恢复原来DNA的程序），或者是使DNA程序发生**的改变。一旦这种改变被固定，即引起突变。由此可以推论，苯并[a]芘的代谢物二氢二醇环氧化物具有致癌活性。
　　（四）排泄
　　多环芳烃代谢产物主要通过尿、粪排泄。在尿、粪中能检出多种多环芳烃代谢产物，包括硫醚、萘酚、B一萘胺、羟基菲和1一羟基芘等。其中1一羟基芘( 1-OHP)及其葡萄糖醛酸结合物是尿中PAH的主要代谢产物，可作为接触PAH的暴露标志物。Weysnd等以1Ug/kg俸重剂量经气管灌注染毒SD大鼠，发现多环芳烃代谢产物存在肝肠循环现象，此后经粪排泄途径也引起了重视。肝肠循环能提高胆汁和肠道PAH代谢产物水平。这些代谢产物可能被肠道菌丛活化而发挥有害效应。
　　四、多环芳烃内暴露的评价
　　（一）1．羟基芘( 1-OHP)
　　尿中1-OHP可作为接触多环芳烃的暴露标志物。多环芳烃的污染都含有芘，所含比例较高(2%～10%)。在不同工作场所中，空气中芘浓度与苯并[a]芘、其他多环芳烃及总多环芳烃浓度之间有很强的相关性。芘主要代谢产物是1-OHP，从尿中排泄。采样容易、非侵入性、检测方便快速。大多数人尿中1-OHP的水平很低。不同国家居民的背景浓度约为0.06～0.23Umol/mol肌酐，不受年龄、性别、饮酒的影响。吸烟者、焦炉工人、食炭烤食物者的尿中1-OHP浓度升高。Jongeneelen等建议将其作为评价接触多环芳烃的生物标志物，以反映其内剂量。目前该指标己被广泛采用。但由于不同环境中芘或苯并[a]芘在总多环芳烃中所占比例不一，所以仅凭尿1-OHP来比较不同环境中多环芳烃的接触剂量有一定缺陷。目前也不能仅仅根据尿1-OHP浓度来评价暴露于多环芳烃的危险度，因尿1-OHP水平与PAH长期效应的关系尚不清楚。
　　（二）DNA加合物
　　一般而言能导致尿1-OHP浓度升高的PAH暴露水平，总能使DNA加合物水平升高。有趣的是，即使PAH暴露水平上下相差几个数量级，所测得的DNA加合物水平相差并不悬殊。
　　DNA加合物水平的个体差异很大。焦炉工人DNA加合物水平上下相差100倍，而对照个体之间则可相差50倍。该现象可能是由淋巴细胞芳烃羟化酶(AHH)活性诱导的差异，以及由此导致的致癌性多环芳烃的解毒、DNA损伤修复能力的差异引起的。
　　一般人群中，白细胞DNA加合物水平为0.1～10加合物/108核苷酸。在胎盘和堕胎胎儿的肝、肺组织中均可检出DNA加合物，但胎盘加合物水平不能反映胎儿组织中加合物的水平。外周血细胞中DNA加合物水平与吸烟的关系有相反报道。多数研究显示二者无关，但有人报道吸烟与不吸烟者DNA加合物水平*大可相差3倍。茌有多环芳烃污染的工业区一般人群的DNA加合物水平增高，如波兰S1les1a地区，人群该水平可达13加合物/108核苷酸。我国燃烧烟煤所致PAH污染区，女性白细胞中DNA加合物水平可达8加合物/108核苷酸。食用炭烤食物者，其DNA加合物水平也见增高。职业人群的DNA加合物检出率及水平均高于对照人群，暴露浓度与加合物水平之间存在相关性。
　　DNA加合物生命周期短，样品不易得到，且生成加合物的量少，故其检测方法要求灵敏度高、特异性强、样品用量少、应用范围广。近年用的检测方法有免疫法、荧光法和32p后标记法。前两种方法检测限为1加合物/107～108核苷酸，32p后标记法检测限可达1加合物/10lo核苷酸。由于检测终点不同，直接比较各种方法测得的加合物水平是不恰当的。32p后标记法虽特异性不好，但因其不用事先制备标样，用空白对照能直接定性定量DNA加合物，故得以迅速推广。
　　在人群流行病学研究中选择检测DNA加合物水平的生物材料，必须考虑到材料的可利用比、低损伤性或无损伤性、取材的方便性、代表性和加合物形成的敏感性。替代组织中目前*常用的生物材料是外周血淋巴细胞，其取材简单，寿命较长，但缺点在于淋巳细胞中DNA加合物水平与靶组织，如肺的加合物水平无相关性，且肺组织中有的加合物在淋巴细胞中并不存在。应用靶组织检测DNA加合物并不比替代组织理想，如肺中DNA加合物水平不能有效反映致癌危险性，且肺不同部位加合物水平也不同。
　　PAH的活性代谢产物形成的DNA加合物，在反映PAH暴露方面不如尿1—OHP敏感。且不同个体间该加合物水平差异巨大。因此，DNA加合物可作为接触PAH的效应标志物，而其作为暴露标志物的意义则较差。它可用来筛选多环芳烃致DNA损伤的易感人群。
　　（三）蛋白质加合物
　　尽管DNA共价结合物具有重要的生物意义，但其在细胞中只是少量存在。由于每克肝脏仅含2mg DNA，只相当于20pmol/g肝脏，所以仅有lppm的摄入量被结合为肝DNA加合物。在其他组织中也得到相同的水平。而蛋白质结合的水平要高得多（大约每1mg蛋白质含300pmol），而且总蛋白质的量比DNA多100倍，因此，在活体内检测蛋白质结合比检测DNA结合要容易得多。多环芳烃的代谢产物可与血红蛋白、血清蛋白结合，
　　
容易得多。多环芳烃的代谢产物可与血红蛋白、血清蛋白结合，