甲醛對秀麗隱桿線蟲毒性效應的研究*

楊春菊 許建新

(曲靖醫學高等?？茖W校，云南 曲靖 655000)

甲醛對秀麗隱桿線蟲毒性效應的研究*

楊春菊 許建新

(曲靖醫學高等專科學校，云南 曲靖 655000)

為闡明甲醛染毒的毒性效應，利用模式生物秀麗隱桿線蟲進行運動能力和壽命等生物學指標的研究。結果顯示，甲醛染毒組與對照組相比，其頭部擺動頻率、身體彎曲頻率、壽命和半致死時間均有所下降，且與甲醛染毒濃度存在量效關系。本文為理解與闡明甲醛的毒性效應提供了實驗資料，有助于深入開展甲醛毒性機理的研究。

秀麗隱桿線蟲;甲醛;毒性

近年來隨著經濟水平的發展，甲醛從衣食住行等各方面進入我們的生活，其污染問題越來越引起人們的注意。在我國有毒化學品優先控制名單上甲醛高居第二位，國際癌癥研究機構 (International Agency for Research on Cancer，IARC)把甲醛列為第一類致癌物質。甲醛 (Formaldehyde，FA)，俗名蟻醛，是一種無色有刺激氣味的氣體，它對粘膜具有刺激性，可降低機體的呼吸功能、神經系統信息整合功能和影響機體的免疫應答，對心血管系統、內分泌系統、消化系統、生殖系統、腎臟均具有毒性作用［1，2］。甲醛的致癌性，尤其是對鼻腔、鼻咽、肺的致癌作用已被公認。

秀麗隱桿線蟲 (Caenorhabditis elegans)作為一種模式生物，具有容易培養、繁殖周期短、個體小、通體透明、遺傳與發育背景清楚等諸多優點，已廣泛應用于生物學各領域的研究。由于秀麗隱桿線蟲對多種污染物敏感，且行為反應模式穩定、結果可靠，已被用來監測和評價污染［3］。而關于甲醛對秀麗隱桿線蟲的生態毒性的研究，國內外鮮有報道。因此本文以秀麗隱桿線蟲為指示動物，觀察甲醛對其運動、壽命相關指標的影響，探討甲醛暴露的毒性效應，以期為甲醛的環境污染監測和治理提供理論依據和實驗模型。

1.材料與方法

1.1 實驗動物與主要試劑

實驗動物:秀麗隱桿線蟲 (C.elegans)，由云南省生物資源保護與利用重點實驗室贈送。

主要試劑:10%的甲醛溶液 (AR級，SIGMA公司)。

1.2 甲醛染毒

將秀麗隱桿線蟲培養在含有大腸桿菌OP50的瓊脂培養基 (NGM)上。實驗設1個對照組和3個甲醛染毒組，培養基所含甲醛濃度分別為5μmol/L、20μmol/L、80μmol/L，染毒時間為1h。所有秀麗隱桿線蟲均在20℃條件下培養。

1.3 頭部擺動頻率的測定

甲醛染毒后，在一個新的培養基上滴加50μL的M9緩沖溶液，將線蟲挑入緩沖溶液中。經過1min的恢復后，記錄線蟲在1min時間內頭部擺動的次數 (當身體彎曲達到體長的一半作為1次頭部擺動)。各組均隨機選取并測定50條線蟲。具體參照Tsalik［4］的方法。

1.4 身體彎曲頻度的測定

甲醛染毒后，將線蟲挑到一個沒有OP50的NGM培養基上。記錄下20s內線蟲身體彎曲的次數。假定沿咽泵的方向為y軸，線蟲爬行過程中，身體沿著相應x軸方向上的1次改變定義為1個身體彎曲。各組均隨機選取并測定50條線蟲。具體參照Tsalik［4］的方法。

1.5 壽命與半致死天數的測定

甲醛染毒后，將線蟲置于正常的NGM培養基上培養，每間隔1d記錄存活線蟲數目(排除受試線蟲與其新產生的子代幼蟲可能的混雜)。當線蟲的存活數目減少為總數的二分之一時，記錄下測試天數，即為半致死天數。當最后一條線蟲死亡時，所記錄的時間即為最長壽命。進行3組平行實驗。

1.6 數據處理

數據采用分析軟件SPSS13.0進行顯著性檢驗，用S－N－K和LSD法進行兩兩顯著性檢驗。

2.結果與分析

2.1 甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲頭部擺動能力的影響

為考察甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲運動能力的影響，分析線蟲頭部擺動頻率。方差分析結果表明，甲醛染毒后，秀麗隱桿線蟲的頭部擺動能力受到顯著影響 (F=142.17，P=0.000＜0.01);進一步對各甲醛染毒組與對照組進行兩兩比較，結果提示，各濃度甲醛染毒組均對秀麗隱桿線蟲的頭部擺動能力造成嚴重影響 (P=0.000＜0.01)(詳見圖1)。

2.2 甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲身體彎曲能力的影響

為考察甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲運動能力的影響，分析線蟲身體彎曲頻率。結果表明，甲醛染毒后，秀麗隱桿線蟲的身體擺動能力受到顯著影響 (F=129.51，P=0.000＜0.01)。進一步對各甲醛染毒組與對照組進行兩兩比較，結果表明，各濃度甲醛染毒組均對秀麗隱桿線蟲的身體彎曲能力造成嚴重影響 (P=0.000＜0.01)(詳見圖2)。

2.3 甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲壽命的影響

存活率與半致死天數是衡量化合物毒性的主要參數之一。在5μmol/L、20μmol/L、80μmol/L三種甲醛濃度處理后，與對照組相比，線蟲壽命分別減少了2天、2天和4天(詳見圖3)。為排除個體差異所造成的存活率誤差，本研究采用半致死天數來衡量甲醛暴露對線蟲壽命的影響。對半致死天數進行方差分析，并對各甲醛染毒組與對照組進行兩兩比較，結果表明，甲醛染毒后，秀麗隱桿線蟲壽命縮減，尤其在高濃度 (20μmol/L和80μmol/L)甲醛染毒后，線蟲死亡加劇 (F=24.41，P=0.000＜0.01)(見圖4)。

3.討論

本研究對照組和甲醛染毒組頭部擺動頻率和身體彎曲頻率參數指標有明顯差異，表明甲醛染毒對線蟲神經系統造成損害，已有研究證明污染物暴露會導致神經元與肌肉細胞之間的連接破壞，從而引起運動行為障礙［5］。甲醛染毒后，秀麗隱桿線蟲的神經突觸功能和神經肌肉接頭連接可能遭到破壞，從而導致運動行為缺陷，運動能力下降。

污染物會導致秀麗隱桿線蟲壽命縮短，且隨濃度增加壽命縮短的速度加快［6］。本文研究發現，甲醛染毒組的最長壽命和半數致死時間都低于對照組，說明甲醛對秀麗隱桿線蟲有明顯的致死效應。

甲醛系醛類化合物，其羧基親電性較強，而且甲醛本身結構簡單，空間位阻較小，容易和生物大分子發生加合、交聯等作用。甲醛進入機體內易結合生物大分子上的自由氨基生成不穩定的羥甲基加合物，直接引起堿基突變或造成DNA斷裂、DNA－DNA交聯、DNA－蛋白質交聯 (DNA－Protein Crosslinks，DPC)等作用［7］。甘耀坤等對甲醛致中華卵索線蟲DNA損傷進行研究，結果表明甲醛在低濃度 (125μmol/L)時不能顯著誘導DPC的形成。而在較高濃度 (625μmol/L)時顯著誘導DPC的形成;甲醛在低濃度 (5μmol/L、25μmol/L)時主要產生DNA斷裂，而高濃度 (125μmol/L、625μmol/L)時主要產生DNA交聯，且甲醛濃度與DNA損傷具有明顯的量效關系［8］。該研究從DNA損傷角度為本次實驗提供理論支持，低濃度甲醛暴露下致使DNA斷裂，進而降低線蟲運動能力和壽命，并且隨濃度的增加影響越發嚴重。

本研究利用模式生物秀麗隱桿線蟲發育上與實驗室操作上的優勢，以其為模型分析了甲醛染毒對線蟲運動能力和壽命的毒性效應，為闡明甲醛的毒性效應提供了新的線索，有助于理解和深入追蹤甲醛染毒導致的各種毒性機理。研究顯示，甲醛染毒對秀麗隱桿線蟲的運動能力和壽命具有顯著毒效，且與甲醛濃度存在一定的量效關系;模式生物秀麗隱桿線蟲可以作為一種的甲醛暴露的生物指示物。值得注意的是，甲醛對秀麗隱桿線蟲的毒性效應的機制是怎樣的，這種毒性效應是否有具有可傳遞性，需要進一步研究。

［1］Nielsen GD，Wolkoff P.Cancer effects of formaldehyde:a proposal for an indoor air guideline value ［J］.Arch Toxicol.2010，84(6):423—446.

［2］Bosetti C，McLaughlin JK，Tarone RE，et al.Formaldehyde and cancer risk:a quantitative review of cohort studies through 2006 ［J］.Ann Oncol.2008，19(1):29—43.

［3］Swain SC，Keusekotten K，Baumeister B，et al.C.elegans metallothioneins:new insights into the phenotypic effects of cadmium toxicosis ［J］.J.Molecular Biology，2004，341:951—959.

［4］Tsalik EL，Hobert O.Functional mapping of neurons that control locomotory behavior in Caenorhabditis elegans ［J］.J.Neurobiol.2003，56(2):178—97.

［5］Loria PM，Hodgkin J，Hobert OA.A conserved postsynaptic transmembrane protein affecting neuromuscular signaling in Caenorhabditis elegans［J］.J.Neuroscience.2004.24:2191—2201.

［6］汪洋，王大勇.銅中毒引起的秀麗線蟲世代間可傳遞的缺陷 ［J］.安全與環境學報，2007 7(2):10—14.

［7］Conaway CC，Whysner J，Verna LK，et al.Formaldehyde mechanistic data and risk assessment:endogenous protections from DNA adduct formation ［J］.Phramacol Ther，1996，71(1－2):29—55.

［8］甘耀坤，孫均均，彭光銀，等.甲醛致中華卵索線蟲DNA損傷作用的研究 ［J］.環境科學學報，2006，26(9):1515—1519.

Research on Toxic Effects of Formaldehyde to Caenorhabditis elegans

YANG Chun－ju;XU Jian－xin
(Qujing Medical College，Qujing 655000，China)

To explain the effects of formaldehyde toxicity，this study explored the model organism Caenorhabditis elegans to analyze the toxicities by assaying endpoints of life span and locomotivity．Results show that formaldehyde＇s toxicity may result in the reduced lifespan and locomotion behavior defects．In addition，the biological defects caused by formaldehyde exposure have had a concentration－dependent manner．This research provided the experimental data to understand and clarify the toxic effects of formaldehyde．

Caenorhabditis elegans;formaldehyde;toxicity

Q959.17

A

1671－7406(2012)06－0041－04

2012－03－25

楊春菊 (1981—)，女，云南曲靖人，碩士，助教，主要從事生物化學和免疫學的教學與研究。

(責任編輯 徐成東)