背景1-甲基芘(1-MP)是烷基化多环芳烃的一个代表性化合物,具有肝脏致癌性。它的致癌作用依赖于代谢活化,即甲基的羟化和羟基的磺基结合这二步反应依次发生,以形成亲电子性终致癌物。本研究团队已证实1-MP对表达人类CYP1A2(或CYP2E1)和磺基转移酶(SULT)1A1的哺乳类细胞可诱发基因突变和微核形成;而1-羟甲基芘(1-HMP)作为中间代谢物经后者作用亦活化为遗传性代谢物。然而,代谢活化基础上1-MP诱发染色体损害的机制(断裂作用或致非整倍体作用)尚不清楚。目的本研究旨在探讨1-MP在代谢活化酶作用下对哺乳动物细胞染色体损伤作用类型:染色体断裂或丢失,及其对细胞有丝分裂和微管装置的影响。方法采用微核试验分析1-MP和1-HMP对人肝细胞瘤(HepG2)细胞和由其衍生的富含生物转化酶的C3A细胞的染色体效应;微核实验中受试细胞的暴露/恢复时间依细胞周期设计:暴露与恢复的总时长为2个细胞周期,短暴露(0.25周期-长恢复(1.75周期)和长暴露(2个周期、无恢复期)两种方案相结合(分别有利于断裂剂与致非整倍体剂的检出)。在此基础上采用抗着丝粒蛋白B免疫荧光法分析其微核含着丝粒的比率,并将此方法用于1-MP对重组表达人CYP1A2和SULT1A1的V79衍生细胞系(V79-hCYP1A2-hSULT1A1)诱发微核的分析。进一步采用微管蛋白(β-tubulin和γ-tubulin)免疫荧光分析受试物对细胞分裂中期纺锤丝和中心粒形态的影响。结果采用短暴露/长恢复方案,1-MP与1-HMP对C3A细胞分别在20μM和1μM以上浓度诱发微核形成,而对HepG2细胞无作用;上述受试物对C3A细胞的效应可被1-氨基苯三唑(60 μM,CYP酶抑制剂)和五氯酚(10 μM,SULT1抑制剂)所阻断。MP对V79-hCYP1A2-hSULT1A1细胞在20 μM浓度即可诱发微核,并且以着丝粒阴性的微核为主;然而其对V79-Mz对照细胞在80 μM浓度以上才可诱发微核,且微核以着丝粒阳性者为主。1-MP对C3A细胞在20μM浓度即可诱发微核,而对HepG2细胞则需要120 μM以上浓度才诱发微核,两种情况下形成的微核都单纯为着丝粒阴性。在短暴露后(不留恢复期)直接分析受试物对细胞有丝分裂中期微管装置的影响,结果1-MP和1-HMP在明显低于上述诱发微核阈浓度的水平即可诱发V79-hCYP1A2-hSULT1A1和C3A细胞有丝分裂中期纺锤体与中心粒形态异常。在长暴露、不留恢复期条件下进行微核试验,发现二受试物对C3A细胞在上述干扰有丝分裂作用的浓度水平也可诱发微核形成,且在较低浓度时(1～8μM)仅诱发着丝粒阳性的微核,提示1-MP经过代谢活化致非整倍体作用强度明显高于断裂作用。结论1-MP经过代谢活化,因浓度与作用时间(方案)的不同有致断裂或致非整倍体作用。在持续暴露条件下,致非整倍体作用较敏感;而短暴露/长恢复的条件下仅呈现较高浓度所致单纯断裂作用。鉴于实际上1-MP以低浓度、持续性暴露为特征,本研究结果提示它在代谢活化基础上通过损害微管结构干扰细胞有丝分裂及引起非整倍体的作用特征。