保定和大連兩市女性毛發中多環芳烴暴露量的對比研究

在許多人類工業活動中，有機物的不完全燃燒會產生多環芳烴（PAH），PAH 可以被認為是更大范圍污染物暴露的生物標志物。雖然血液和尿液一直是用于評估不同污染物暴露的首選基質，但是在過去十年中，人們對頭發的興趣日益增加。一項殺蟲劑及其代謝物的濃度與暴露水平相關性的研究發現，大多數化學物質的暴露量與頭發的相關性高于尿液和血液。

根據空氣質量指數差異，保定的環境污染程度高于大連。收集來自保定和大連共204 位（各102 位）健康女性志愿者的頭發樣本，對其進行15 個親本PAH 和56 個PAH 單羥基代謝物的檢測分析。同時單獨檢測了尼古丁和可替寧在毛發中的暴露量。研究比較了兩個城市志愿者頭發樣本中PAH的暴露量，探討毛發中的PAH暴露量值是否適合用于不同環境污染程度的比較。

一、材料和方法（詳細方法請參考原文）

二、結果與討論

1.尼古丁和可替寧的濃度：分析頭發中吸煙或被動吸煙暴露量的生物標志物——尼古丁和可替寧，二者是典型的PAH暴露源。保定和大連所收集的女性志愿者頭發樣本中分別有100%和96%檢測到了尼古丁和可替寧。保定尼古丁濃度范圍為0.03 ～13.8 ng/mg，中位數是0.35 ng/mg，大連為0.04 ～44.1 ng/mg和0.48 ng/mg。保定的可替寧濃度范圍從＜0.04 到1 189 pg/mg，中位數為6.66 pg/mg；大連從＜0.04到2 025 pg/mg，中位數為5.96 pg/mg。因為尼古丁和可替寧的濃度在兩個城市之間都沒有表現出顯著性差異，所以在該研究中，煙草煙霧應該不會引起保定與大連之間PAH暴露量的偏差。

2.PAH和PAH代謝物的檢測和濃度：分析的15個親本PAH 中，有8 個在所有樣本中都被檢測到，有3 個在90%以上的樣本中被檢測到，有2 個在80%以上的樣本中被檢測到。二苯并[a，h]蒽的陽性檢出率最低，為23.5%。分析的56個PAH代謝物中，有7個是在所有樣本中均檢測到的，有4個是在98%以上的樣本中檢測到，有1個是在95%以上的樣本中檢測到，另外1 個在85%以上的樣本中檢測到，有4 個在15%以上的樣本中檢測到，其余的檢出率均＜10%。10-羥基苯并[a]蒽、（1-羥基，2-羥基，3-羥基，4-羥基，5-羥基，6-羥基，8-羥基，10-羥基，11-羥基，12-羥基）苯并[a]芘、（2-羥基，10-羥基，11-羥基）苯并[b]熒蒽、3-羥基苯并[k]熒蒽、2-羥基吲哚[1，2，3-c，d]二烯和3-羥基二苯并[a，h]蒽均未檢測到。

對于親本PAH，在保定和大連的頭發樣本中觀察到菲的中位數濃度最高，接下來依次是熒蒽＞芘＞芴。然而，保定樣本中熒蒽的中位數濃度幾乎是芘和芴的兩倍，而大連這三種化合物的濃度比較接近。對于在78%以上個體中檢測到的PAH代謝物，兩城市女性頭發中濃度最高的是9-羥基芴，其次是2-羥基萘和1-羥基蒽。每個親本PAH的濃度總是遠高于其相應的代謝物。

菲是保定（中位數= 160 pg/mg）和大連（中位數=86.6 pg/mg）女性頭發樣本中的主要PAH。熒蒽是被檢出的第二主要PAH。保定的熒蒽中位數濃度為43.2 pg/mg，是大連（16.4 pg/mg）的兩倍以上。另外，保定和大連志愿者頭發樣本中芘的中位數濃度分別為27.5 pg/mg和15.3 pg/mg。

關于5 環PAH，B[a]P 因其公認的致癌特性，通常被視為參照化合物。保定女性頭發中B[a]P 的中位數濃度為0.67 pg/mg，幾乎是大連女性（0.24 pg/mg）的3 倍，表明其暴露更高。然而，這兩地均高于廣州市（0.13 pg/mg）。日本的一項報道顯示，在非吸煙者頭發中沒有檢測到B[a]P，而在吸煙者頭發中平均濃度為48.4 pg/mg，與其他研究相比，后者的數值相當高。

該研究是第一個對頭發中的親本PAH（n=15）及代謝物（n=56）同時進行研究的項目。相比尿樣分析，頭發分析不僅可以提供與頭發樣本長度相對應時期內的平均暴露水平的綜合信息，還能夠同時提供親本PAH及其代謝物的檢測量。

3.年齡和身體質量指數（BMI）的影響：保定組，只有尼古丁、可替寧和1+7-羥基苯并[b]熒蒽隨著BMI的增加而顯著增加（P值分別為0.019、0.010和0.047）。而1+7-羥基苯并[b]熒蒽的意義僅僅是基于4 個檢測值，且P 值接近5%。因此，1+7-羥基苯并[b]熒蒽與BMI之間無關聯性假設。大連組，BMI 對頭發中生物標志物的濃度沒有顯著性影響。

保定組年齡對PAHs 沒有顯著性影響。大連組僅觀察到茚并（1，2，3-cd）芘與年齡之間存在顯著性關聯（P=0.023）。

頭發中的污染物濃度被認為可以代表體負荷。而該研究缺乏頭發中大多數生物標志物的濃度與志愿者年齡和BMI 之間的關聯，表明PAH 不會在身體內蓄積。國外一些相關研究的結果與該研究中所提出的因BMI或年齡導致的PAH生物蓄積有限或相關性的缺乏的結果也是一致的。

4.保定與大連志愿者頭發樣本數據的比較：在保定組中，15 個親本PAH 中有14 個顯示其濃度明顯高于大連組（Peto-Prentice 評分測試；P值從 ＜ 0.000 1 到0.009）。當根據尼古丁與年齡分組或尼古丁與連續年齡對模型進行調整時，兩個城市之間的差異仍然很大。對于親本PAH來說，保定組中大多數化合物的中位數濃度是大連組的1.5 ～2.8倍。

保定組中的15 種代謝物濃度明顯高于大連組（Peto-Prentice 評分測試；P值從 ＜ 0.000 1 到0.005 5）。對于兩個城市之間濃度明顯不同并且已在半數以上個體中檢測到的PAH 代謝物來說，保定組的中位數濃度是大連的1.1 ～2.3倍。

另外有結果表明，除了尼古丁、可替寧和1-羥基蒽之外，大連組與保定組中大多數生物標志物的濃度也都具有明顯差異，可以很好地區分兩組志愿者。

該研究結果清晰的展示出保定與大連之間PAH暴露的差異。31個生物標志物中，有29個被證實陽性檢出率超過15%，且在保定組女性頭發中的濃度明顯高于大連組。頭發中生物標志物的濃度與暴露水平具有顯著相關性，暴露水平加倍大致與頭發中生物標志物的濃度加倍有關。研究還表明，頭發中熒蒽和B[a]P 的中位數濃度在兩個城市之間的差異最大（保定/大連，分別為2.62 和2.79）。說明頭發取樣前的最后12個月，保定組的熒蒽和B[a]P 平均暴露水平是大連組的2.5 ～3倍。

5.化學物質之間的關聯：分析兩城市數據發現，污染物與污染物分組之間呈高度正相關。菲、芘在內的13種污染物在組內和組間都具有很高的正相關性，并且對PCA 的第一因素的貢獻也最大（P[1]荷載量＞0.2）。相反，幾種生物標志物僅僅顯示出與其他生物標志物較低的關聯度，以1-羥基蒽的例子最為極端，其與所有其他生物標志物的關聯程度最低。

這兩個城市化學物質之間關聯性的研究顯示，所有具有足夠陽性檢測數的目標化合物均與其他幾種目標化合物有明顯的關聯。整體的視覺觀察表明，這兩個城市的模式相類似。例如，在保定和大連，大多數的親本PAH，從菲到分子量較高的化合物（茚并[1，2，3-c，d]芘）彼此之間都相互關聯。同樣，兩個城市中的4種菲代謝物（1-，2-，3-和4-羥基菲）彼此之間及與2-和3-羥基芴之間，以及在較小程度上與一些親本PAH之間都具有相互關聯性。然而，沒有目標化合物表現出與所有其他化合物的高度關聯，并且許多生物標志物之間的關聯性也很弱。

同時，一些化合物根據位點表現出不同的共關聯行為。例如，盡管兩個城市志愿者頭發中熒蒽和芴的濃度具有明顯的關聯，但是大連組的關聯性遠高于保定。相反，蒽和苯并-g，h，i-亞乙烯的濃度顯示保定組的關聯性高于大連。同樣，保定組的1-羥基芘和熒蒽的關聯性也更高于大連組。

6.多殘留生物監測的相關性：因為明顯的分析限制，通常使用數量有限的尿液生物標志物甚至是單一的代謝物來進行總PAH暴露的評估，1-羥基芘是評估PAH暴露或研究暴露相關效應的最受歡迎的替代品。然而，這種“替代方法”已經受質疑，一些研究表明，尿液的1-羥基芘與空氣中的芘濃度有關，但是與B[a]P的濃度無關，或者顯示1-羥基芘與芘的攝入劑量無關。目前的研究結果表明，雖然發現了幾種化學物質之間的相互關聯，但該研究中檢測的生物標志物，無論是親本PAH還是代謝物，都不能代表本研究人群中的所有這些化合物。例如，盡管1-羥基芘與4-5 環親本PAH在保定具有很好的關聯，但是其在大連的關聯性較低，1-羥基芘與B[a]P的τkendall僅為0.09。在這兩個城市，1-羥基芘與3環PAH的關聯性較低。

有趣的是，保定和大連的菲水平都是最高的。結果證實，盡管兩個城市中的親本PAH及其1-羥基、2-羥基、3-羥基和4-羥基代謝物彼此之間具有高度的關聯性，但意外的是，9-羥基菲與親本及其他代謝物的關聯都很低。然而，在兩個城市中，9-羥基菲是菲的主要代謝物（在頭發中的濃度最高），這可能是將其作為菲暴露的生物標志物的首要動因。這個結果表明，9-羥基菲實際上可能與菲的其他代謝物及菲本身所示的暴露源/途徑不同。因此，該研究支持使用多殘留物檢測方法，在可能的情況下包括親本PAH和代謝物，以便于提供最全面的暴露評估。

7.生物監測數據作為暴露源征象的應用前景：生物監測數據，即生物基質中生物標志物的濃度，有助于提出關于暴露源假設的相關信息。保定女性頭發中的生物標志物除了總體濃度高于大連組外，這兩城市間的標志物的濃度分布也不同。結果顯示，3 種選定PAH 的濃度分布并不一定只是在最大值附近出現個體數量的減少，此最大值對應于某一確定暴露源暴露最頻繁的水平。因此，在保定人群中觀察到的上升和下降可以理解為是人群中接受不同暴露源/途徑或對暴露源采取不同行為的亞群。我們還對個體頭發中濃度僅低于菲的熒蒽進行了進一步研究。用適當的數學方法對頭發中每一類熒蒽濃度的個體數（5 pg/mg）所對應的信號進行反卷積處理。結果證實，大連組的熒蒽濃度分布可以分解為以15 pg/mg和37 pg/mg為中心的2個亞群，并且分別具有較高水平的顯著性（R2=0.986）；而保定的熒蒽濃度可以分解為3 個亞群，分別以18 pg/mg、38 pg/mg 和68 pg/mg 為中心（R2=0.979）。有趣的是，兩個城市盡管峰區面積不同，但前2 個峰值（亞群）對應的值非常接近。這種方法不能對單一個體水平進行任何解釋，需要進一步的研究。

三、結論

該研究首次對生物基質中的親本PAH 和PAH 代謝物進行了分析。頭發樣本分析結果證實，保定女性的PAH暴露水平明顯高于大連女性，還證實多殘留物分析的相關性可以提供比一個獨特生物標志物更全面、更可信的暴露信息。結果表明，除了提供關于污染物體負荷的信息之外，生物監測數據還可以提供暴露源的相關信息。