2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白分析

郭玉鳳，孔曉娜，張 婷，張 超，薛振偉，李建軍，張 晶，周小林*

(中國(guó)輻射防護(hù)研究院，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030006)

焦化生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量包括多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)、苯 及 苯 系物在內(nèi)的焦?fàn)t逸散物(coke oven emissions，COEs)[1-2]。PAHs已被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(International Agency for Research on Cancer，IARC)列入人類確定致癌物，屬于Ⅰ類致癌物[3]。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PAHs暴露會(huì)造成免疫功能損傷，增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)[4]。此外，PAHs還具有免疫毒性和神經(jīng)毒性[5]。當(dāng)人體受到這些外部物質(zhì)刺激后，免疫細(xì)胞合成特異性的抗體，即免疫球蛋白(immunoglobulin，Ig)，其中血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM是評(píng)價(jià)人體免疫功能最常用的指標(biāo)[6]。本研究通過對(duì)長(zhǎng)期居住在焦化廠下風(fēng)向區(qū)域人群血清免疫球蛋白及尿中多環(huán)芳烴代謝物1-羥基芘連續(xù)5年(2015—2019年)的監(jiān)測(cè)，探索低劑量PAHs等污染物長(zhǎng)期暴露對(duì)人群免疫功能的影響，為其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對(duì)象

2015—2019年夏季，按照一定的納入排除標(biāo)準(zhǔn)選取中國(guó)北部某焦化廠(常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng))下風(fēng)向1~2 km兩個(gè)村莊的常住居民為研究對(duì)象，采用自制的問卷調(diào)查表對(duì)研究對(duì)象的姓名、性別、年齡、吸煙史、本地居住時(shí)間以及居住環(huán)境等進(jìn)行調(diào)查。納入標(biāo)準(zhǔn)：在本調(diào)查地區(qū)居住5年以上，近1個(gè)月內(nèi)無傳染病發(fā)作以及用藥史者。排除標(biāo)準(zhǔn)：在本調(diào)查地區(qū)居住不滿5年或有焦化廠職業(yè)暴露史，調(diào)查期間患有慢性病以及急性傳染病者。本研究已通過中國(guó)輻射防護(hù)研究院附屬醫(yī)院倫理審查委員會(huì)審查，研究對(duì)象(包括兒童的監(jiān)護(hù)人)均簽署了知情同意書。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 主要儀器與試劑BS-400全自動(dòng)生化分析儀購于深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司，Waters-2695高效液相色譜儀及Phenomenex ODS色譜柱(250 mm×4.6 mm，5μm)購于美國(guó)Waters公司，固相萃取儀購于美國(guó)色譜科公司，水浴氮吹儀購于上海喬躍 電子有限公司，BS4402高速離心機(jī)購于日本SANYO公司。

甲醇購于德國(guó)Merck公司，乙腈購于德國(guó)Fisher Scientific公司，β-葡聚糖醛酸酶購于德國(guó)Roche公司，鹽酸、醋酸鈉(分析純)購于天津市風(fēng)船化學(xué)試劑有限公司，1-羥基芘購于德國(guó)Dr.Ehrenstorfer GmbH公司。

1.2.2 血樣采集和免疫球蛋白的檢測(cè)收集研究對(duì)象空腹外周血約5 mL，4 000 r/min離心5 min，取上層血清置于1.5 mL離心管中，4℃保存，并在3 d內(nèi)采用全自動(dòng)生化分析儀檢測(cè)IgG、IgA和IgM的含量(g/L)。各免疫指標(biāo)的正常參考值范圍分別為：IgA，0.70~5.0 g/L；IgG，7.0~16.0 g/L；IgM，男性為0.4~2.8 g/L，女性為0.4~2.3 g/L。

1.2.3 尿液收集和1-羥基芘的檢測(cè)收集研究對(duì)象晨尿中段約30 mL，采用全自動(dòng)生化分析儀檢測(cè)尿肌酐(Cr)的含量(μmol/L)。取2 mL尿樣、加入0.25 mL的0.1 mol/L鹽酸、0.75 mL的0.5 mol/L醋酸鈉-醋酸緩沖溶液(pH=5)和5μL的β-葡聚糖醛酸酶，37℃恒溫水浴過夜。次日取出后，離心30 min，取2 mL上清液過固相萃取小柱，洗脫液于45℃氮?dú)饬飨麓蹈?，殘?jiān)?00μL甲醇復(fù)溶，離心取10μL上清液，采用高效液相色譜-熒光檢測(cè)法檢測(cè)1-羥基芘的含量，通過尿肌酐檢測(cè)值進(jìn)行校正，單位為μg/g，具體實(shí)驗(yàn)方法見參考文獻(xiàn)[7]。

1.3 質(zhì)量控制

檢測(cè)人員熟練掌握檢測(cè)方法，檢測(cè)使用符合規(guī)定的檢測(cè)器材。嚴(yán)格按照納入排除標(biāo)準(zhǔn)選取研究對(duì)象，其血液收集均在晨起空腹?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行，采集后通過冷鏈運(yùn)輸，以保證檢測(cè)質(zhì)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

利用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件和OriginPro 2017繪圖軟件，男性與女性、成人與未成年人不同年份的血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)異常的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比即為異常率，異常率比較采用卡方檢驗(yàn)。血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量采用均值、中位數(shù)(M)、最小值(Min)、最大值(Max)、第25位百分位數(shù)(P25)以及第75位百分位數(shù)(P75)描述數(shù)據(jù)特征；多環(huán)芳烴代謝物1-羥基芘水平采用均值、中位數(shù)(M)、第25位百分位數(shù)(P25)以及第75位百分位數(shù)(P75)描述數(shù)據(jù)特征；均值分布近似正態(tài)分布，采用t檢驗(yàn)比較，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本情況

2015—2019年分別收集226、214、205、242和183名研究對(duì)象的外周血樣本；232、232、215、183和179名研究對(duì)象的尿液樣本。血液樣本中成人平均年齡為(56.85±12.01)歲，未成年人的平均年齡為(10.46±2.23)歲。性別在各年份間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.753)，年齡構(gòu)成比在各年份間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，見表1。

表1 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白樣本量統(tǒng)計(jì)表

2.2 2015—2019年各年份間男性與女性血清免疫球蛋白含量數(shù)據(jù)特征分析

男性與女性血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量的數(shù)據(jù)特征見圖1。其中女性血清IgG含量均值在各年份間均高于男性(P＜0.01)，IgM含量均值在2015年和2016年高于男性(P＜0.05)，見表2。

圖1 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民男性與女性血清免疫球蛋白含量數(shù)據(jù)特征圖

表2 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民各年份男性與女性血清免疫球蛋白含量比較(x±s，g/L)

2.3 2015—2019年各年份間成人與未成年人血清免疫球蛋白含量數(shù)據(jù)特征分析

成人與未成年人血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量的數(shù)據(jù)特征見圖2。其中成人血清IgG和IgA含量均值在各年份間均高于未成年人(P＜0.01)，IgM含量均值在2016年低于未成年人(P＜0.01)，見表3。

2.4 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率分析

2015—2019年，該地區(qū)居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率變化見表4，其中未成年人血清IgG含量異常率變化具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。2015年和2016年，血清IgG含量異常率男性與女性之間，成人與未成年人之間IgG含量異常率差異較大(P＜0.05)。

圖2 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民成人與未成年人血清免疫球蛋白含量數(shù)據(jù)特征圖

表3 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民各年份成人與未成年人血清免疫球蛋白含量比較(x±s，g/L)

表4 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgG含量異常率比較(%)

2.5 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率分析

2015—2019年，該地區(qū)居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率變化見表5，其中女性、未成年人及總體血清IgA含量異常率差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。2016年成人血清IgA含量異常率明顯高于未成年人(P＜0.05)，其余各年份男性與女性、成人與未成年人之間IgA含量異常率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

表5 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgA含量異常率比較(%)

2.6 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率分析

2015—2019年，該地區(qū)居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率變化見表6，不同組別的血清IgM含量異常率變化均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)。各年份男性與女性居民IgM含量異常率差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。2016年和2017年成人IgM含量異常率高于未成年人(P＜0.05)。

表6 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民血清免疫球蛋白IgM含量異常率比較(%)

2.7 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民尿中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物1-羥基芘檢出情況分析

由1-羥基芘標(biāo)準(zhǔn)樣品制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好，線性度R為0.999 8~1.000 0；待測(cè)物回收率為71.95%~117.15%。方法的日間精密度和日內(nèi)精密度除個(gè)別離群數(shù)值外均＜10%。2015—2019年，該地區(qū)居民尿中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物1-羥基芘的檢出水平中位數(shù)分別為0.468、0.797、0.678、0.169和0.021μg/g，總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，見表7。

表7 2015—2019年某焦化廠下風(fēng)向居民尿液代謝產(chǎn)物1-羥基芘檢出情況

3 討論

焦化生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量成分復(fù)雜的焦?fàn)t逸散物，孫冬雪等[8]對(duì)焦?fàn)t逸散物進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估發(fā)現(xiàn)其存在高度致癌風(fēng)險(xiǎn)。焦?fàn)t逸散物對(duì)人體健康的危害涉及肺癌、急慢性皮炎、皮膚癌、CO中毒等[9]。此外，研究發(fā)現(xiàn)焦?fàn)t逸散物會(huì)降低人體紅細(xì)胞免疫及調(diào)節(jié)功能，從而損害機(jī)體免疫功能[10]。其中多環(huán)芳烴(PAHs)廣泛分布于大氣、土壤及水體等環(huán)境中，由于其毒性、致癌性、生物蓄積性和半揮發(fā)性使其能在環(huán)境中持久存在，被列入典型持久性有機(jī)污染物[5]。煙煤、石油、木材、煙草、有機(jī)高分子化合物等有機(jī)物不完全燃燒也會(huì)產(chǎn)生PAHs，包括機(jī)動(dòng)車輛、家庭爐灶等，可通過呼吸、皮膚以及飲食等途徑進(jìn)入人體[11]。隨后通過人體代謝形成羥基多環(huán)芳烴，以葡萄糖醛酸、硫磺酸結(jié)合物的形式主要經(jīng)尿液排出體外[12]。

PAHs是已知的具有顯著免疫毒性的環(huán)境因子，研究發(fā)現(xiàn)，PAHs及其代謝物通過誘導(dǎo)人體肺泡和支氣管細(xì)胞的DNA氧化損傷發(fā)揮毒性作用[13]。PAHs和苯混合接觸可導(dǎo)致焦?fàn)t作業(yè)工人一定程度的血象改變和淋巴細(xì)胞DNA損傷[1]。此外，PAHs是免疫抑制類物質(zhì)，長(zhǎng)期暴露可降低干擾素(interferon，IFN-γ)等抗腫瘤免疫細(xì)胞因子的表達(dá)，從而引起免疫功能損傷[3，14]。

血清免疫球蛋白是反映機(jī)體免疫功能的重要指標(biāo)，免疫調(diào)節(jié)功能發(fā)生紊亂會(huì)使免疫球蛋白的含量發(fā)生不同程度的變化[15]。當(dāng)免疫球蛋白結(jié)構(gòu)改變或含量明顯改變時(shí)均產(chǎn)生病理變化，因此，檢測(cè)血清免疫球蛋白有助于了解人體免疫作用。免疫球蛋白主要包括IgG、IgA、IgM、IgD以及IgE，其中IgD和IgE含量極低，常以檢測(cè)IgG、IgA和IgM含量為主[16]。其中，IgM參與初次免疫應(yīng)答，其功能是凝集病原體并激活補(bǔ)體；IgG是再次免疫應(yīng)答抗體，參與特異性免疫；IgA參與人體黏膜感染過程，免疫力較高，在健康人血清中含量相對(duì)穩(wěn)定[16-17]。研究發(fā)現(xiàn)，肺癌、胃癌、腸癌、肝癌等惡性腫瘤會(huì)導(dǎo)致血清免疫球蛋白IgG、IgA和IgM含量不同程度的增加[15-17]。

人體對(duì)PAHs的暴露水平可通過生物標(biāo)志物來綜合評(píng)價(jià)，即檢測(cè)人體組織或體液中的PAHs或其代謝產(chǎn)物，其中尿中多環(huán)芳烴的代謝產(chǎn)物(主要為羥基代謝產(chǎn)物)是研究最多的生物標(biāo)志物，其中1-羥基芘是體內(nèi)主要的代謝產(chǎn)物。荷蘭Jongeneelen等[18]最先將1-羥基芘作為人體環(huán)境暴露PAHs的生物標(biāo)志物，隨后，更多的研究證明尿中其是一個(gè)有效、可靠的內(nèi)暴露指標(biāo)[12，18]。本次調(diào)查人群來自某焦化廠附近，常年居住在該焦化廠主導(dǎo)風(fēng)向(北風(fēng))的下風(fēng)向，流行病學(xué)調(diào)查和樣品采集均在夏季進(jìn)行，因冬季取暖或飲食暴露多環(huán)芳烴的影響較小，主要暴露來源于工廠廢氣排放。

研究發(fā)現(xiàn)，免疫球蛋白IgG、IgA，在＜1歲時(shí)含量最少，隨著年齡的增大含量逐漸增加而接近成人水平，免疫球蛋白IgM，在＜1歲時(shí)含量最少，到3歲時(shí)可達(dá)到成人水平，而后含量又緩慢增加并超過成人，最后逐漸降到成人水平，而成人男女之間IgG、IgA和IgM含量無明顯差異[19]。本研究結(jié)果顯示，2015—2019年焦化廠下風(fēng)向居民成人血清免疫球蛋白IgG和IgA含量均值均高于未成年人(P＜0.01)，而血清IgM含量均值在2016年明顯低于未成年人(P＜0.01)，但是女性血清IgG含量均值在各年份間均高于男性(P＜0.01)，IgM含量均值在2015年和2016年高于男性(P＜0.05)，推測(cè)這可能與該地區(qū)污染情況有關(guān)，但是具體原因有待進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，2015—2019年不同年份間血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率總體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。近年來，國(guó)家出臺(tái)了一系列的環(huán)境與健康相關(guān)文件[20-21]。Jongeneelee等[18]建議非職業(yè)暴露非吸煙人群中1-羥基芘的生物暴露限值為0.46 μg/g Cr。非污染區(qū)居民尿中1-羥基芘的檢出率均較低或未檢出[7]。本研究結(jié)果顯示2015—2019年焦化廠下風(fēng)向居民尿中1-羥基芘含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，與血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率變化趨勢(shì)一致，且2016年成人與未成年人血清IgG、IgA和IgM含量異常率差異較大(P＜0.05)，推測(cè)該地區(qū)居民血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量變化在一定程度上受焦化廠排放多環(huán)芳烴的影響。此外，本研究調(diào)查對(duì)象多為中老年人(45~59歲，60~74歲和75~89歲人群分別占成人總數(shù)的34.20%，46.97%和2.92%)，機(jī)體抵抗力和免疫力下降，受環(huán)境污染影響較大。此外，研究發(fā)現(xiàn)，焦?fàn)t逸散物所致肺癌一般有9~23年的潛伏期，患者年齡偏大，平均年齡在60歲左右[22-25]。

綜上所述，2015—2019年焦化廠下風(fēng)向居民尿中1-羥基芘及血清免疫球蛋白(IgG、IgA和IgM)含量異常率總體皆呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，含量均值具有一定的性別差異和年齡差異。本研究存在的不足在于研究對(duì)象樣本量較小，缺乏環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，且本研究?jī)H以一種多環(huán)芳烴代謝物1-羥基芘為指標(biāo)，對(duì)于檢測(cè)出的其他代謝產(chǎn)物并未進(jìn)行分析，具有一定的局限性。目前，多環(huán)芳烴對(duì)免疫系統(tǒng)的危害作用機(jī)制尚未明確，尚缺乏長(zhǎng)時(shí)間、低劑量暴露的劑量-反應(yīng)關(guān)系的研究。本研究結(jié)果僅可為闡明長(zhǎng)期生活在焦化環(huán)境污染區(qū)居民早期健康損傷效應(yīng)監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。