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研究目的焦炉逸散物(Coke oven emissions, COE)由烟煤在高温乏氧的焦炉炭化室内干馏产生,并在其他生产过程弥散到空气中,是气体、蒸气和烟尘的统称,包含多种致癌物或促癌物,广泛存在于铝、钢、石墨、电气、建筑等行业中。焦炭生产不但对环境特别是空气造成污染,同时对职业暴露人群身体健康产生严重危害。慢性长期性暴露于COE可导致焦炉工人产生呼吸系统、消化系统损伤以及结膜炎等。癌症是COE暴露的主要问题,国际癌症研究署(International Agency for Research on Cancer, I ARC)将COE确认为1类致癌物,我国卫生计生委等4部门将COE所致肺癌列为职业性肿瘤之一。在焦炉工人的健康监护中,除COE的致癌效应外,其对血液系统的损伤及其机制研究报道较少,是有待解决的职业卫生问题。外源性化学物质经机体吸收后首先进入血液并达到较高浓度,代谢过程中也必须依靠血液来运输,所以外周血中各种血细胞容易受到外源性化学物的损伤。血液毒性的结局主要有血细胞生成异常、血红蛋白(Hemoglobin, HGB)异常和出血性疾病等。我们采用横断面的流行病学设计,选择焦炉工人为目标人群,检测作业环境中的COE浓度和工人COE内暴露水平,对工人进行血常规检查,评估不同COE暴露水平与血液系统损伤的关系。在此基础上,建立COE致人体血液细胞损伤的细胞模型,检测COE对白细胞造成的细胞毒性、氧化损伤、遗传物质损伤、核转录因子-κB (Nuclear factor-κB, NF-κB)通路蛋白改变等,寻找COE致血液细胞损伤的关键通路,初步阐明COE致血液系统损伤的生物学机制,为进一步完善COE的健康损害效应评估,建立健全焦炉工人群的健康监护方案提供重要依据。研究方法1.COE致血液系统损伤的流行病学分析选取山东省某焦化厂263名在职焦炉工人为COE暴露组,当地距离焦化厂3公里以外的氧气厂113名近一年来无明确肾脏病史的工人为对照组。对调查对象进行统一的问卷调查、一般体格检查、血常规检查等。调查问卷主要包括个人基本情况、工作经历、吸烟饮酒情况、既往病史及现病史等。收集工人班后尿液30-50m1,采用高效液相色谱(High performance liquid chromatography, HPLC)法测定工人尿中1-羟基芘(1-hydroxypyrene,1-OHP)水平,超高效液相色谱(Ultra-high performance liquid chromatography, UPLC)串联质谱(Mass spectrometry, MS)方法测定工人尿中8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2’-deoxyguanosine,8-OHdG)水平,此外,采用HPLC法测定样本中尿肌酐的浓度,用以校正1-OHP和8-OhdG的个体差异水平。2.COE致血液系统损伤的机制研究选取人急性早幼粒白血病细胞(Human acute promyelocytic leukemia cells, HL-60), COE有机提取物为染毒物质,染毒用培养基中胎牛血清(Fetal Bovine Serum, FBS)含量为5%。将COE有机提取物储备液溶于染毒培养基中稀释至终浓度为2.5、5、10、20μg/ml,1%DMSO为control组,染毒时间为24h与4d。采用CCK-8法、乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)法和碘化丙啶(Propidium iodide, PI)/异硫氰酸荧光素(Fluorescein isothiocyanate, FITC)流式细胞术检测COE对细胞的毒性作用,2’,7’-二氢二氯荧光素二乙酸酯(Dichlorofluorescein diacetate, DCFH-DA)荧光探针检测细胞内活性氧自由基(Reactive oxygen species, ROS)水平的改变,硝基蓝四氮唑染料法检测细胞释放的ROS水平的改变,单细胞凝胶电泳实验(Single cell gel eleetrophoresis assay, SCGE)检测细胞的脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic acid, DNA)损伤情况,Western-Blot法检测NF-κB通路蛋白表达的改变情况。研究结果1.COE致血液系统损伤的流行病学分析焦化厂工作环境中的COE浓度是对照厂的5倍多,工作环境中的COE浓度与工作位置相关性显著(P<0.05)。与对照组工人相比,暴露组工人尿中1-OHP水平显著升高(P<0.05),在扣除了性别、年龄、体重指数(Body mass index, BMI)和吸烟饮酒的影响后,工人尿中1-OHP水平与是否接触COE之间相关关系显著(P<0.05),提示其可以作为焦炉工人COE职业暴露的内暴露水平。暴露组工人尿中8-OHdG的水平比对照组高51.3%(P<0.05),工人尿中8-OHdG水平与1-OHP水平线性正相关关系显著(P<0.05),提示COE对职业暴露人群产生一定的DNA氧化损伤,使其患癌风险增高。血常规检查中,暴露组工人的白细胞计数(White blood cell count, WBC)低于对照组,但差异不显著(P>0.05)。在暴露组工人中,WBC随工人尿中8-OHdG水平的升高呈下降趋势,差异具有临界显著性(P=0.055)。2.COE致血液系统损伤的机制研究CCK-8、LDH、PI/FITC三种细胞毒性实验结果均显示,COE染毒能够对人体血液细胞造成一定的损伤。与control组相比,随着染毒剂量的升高,细胞存活率降低(P<0.05),细胞释放的ROS水平升高(P<0.05),细胞DNA损伤加重(P<0.05),并且4d实验细胞损伤程度高于24h实验,细胞NF-κB通路蛋白表达水平升高(P<0.05)。与COE 2.5μg/ml剂量组相比,随着染毒剂量的升高,24h实验中细胞IκBα与NF-Kb p65蛋白表达下降(P<0.05),磷酸化IκBα与磷酸化NF-Kb p65蛋白表达升高(P<0.05)；4d实验中细胞的两组蛋白表达均升高(P<0.05),有较好的剂量效应关系。结论1.COE可以导致职业暴露人群的血液系统中血细胞数目的改变,这可能与DNA氧化损伤有关。2.在体外细胞学中发现,COE能够对白细胞HL-60造成一定程度的氧化损伤和遗传物质的损伤,随着染毒剂量的增加损伤加重。3.COE导致白细胞的损伤改变可能与NF-κB通路活化有关。