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Cu2+和Zn2+對模擬胃液中NDMA形成的影響*

0引言

【研究意義】WHO指出80%～90%的癌癥由環(huán)境因素導致，而80%以上的環(huán)境因素與化學致癌劑有關(guān)，N-亞硝基化合物(NOC)就是其中非常重要的一種[1-2]。在已報道的300多種NOC中，約90%具有致癌活性，其中N-亞硝基二甲胺(NDMA)是結(jié)構(gòu)最簡單而致癌性、誘變性與致畸性卻最強的物質(zhì)之一[3-4]。在人類暴露于NOC的總量中，內(nèi)源性形成的NOC占60%。內(nèi)源性NOC主要是在人胃腸中形成，它嚴重威脅到人類健康[5-6]。因此，有關(guān)內(nèi)源性NOC形成的研究已成為保護人體健康的重要研究內(nèi)容和被關(guān)注領(lǐng)域。另外，近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，大量的重金屬排入土壤和河流、湖泊及海洋等水體中，危害土壤和水體生態(tài)環(huán)境。環(huán)境中的重金屬不能被降解，主要通過水和土壤等途徑進入動植物體，并經(jīng)由食物鏈放大富集進入人體，其極低濃度就能破壞人體正常的生理活動，損害人體健康[7]。綜上所述，NDMA和重金屬都對人體健康具有很大威脅，尤其是發(fā)展中國家糧食、蔬菜中重金屬的濃度常常高于限量值[8-9]。因此，研究重金屬對人體內(nèi)NDMA形成的影響具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】國內(nèi)外許多學者從外源性和內(nèi)源性角度開展重金屬對N-亞硝胺形成影響的研究。在外源性NDMA的形成上，Andrews等[10]報道在氯胺存在的偏堿性條件的飲用水運輸管道中，銅能促進NDMA的生成；Mitch等[11]也發(fā)現(xiàn)在二氧化碳捕獲系統(tǒng)中銅能促進N-亞硝胺的生成。而在內(nèi)源性NDMA的形成上，曾婷等[12]研究表明，在模擬胃液條件下，含量極低但生物毒性顯著的重金屬汞、鎘和鉛能夠促進內(nèi)源性NDMA的生成。【本研究切入點】對于毒性一般但含量較高的重金屬，如銅和鋅等對于內(nèi)源性NDMA的生成影響尚未見報道。因此，本文從該方面著手，研究重金屬Cu2+、Zn2+與內(nèi)源性NDMA形成的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究在模擬胃液條件下，重金屬Cu2+和Zn2+對NDMA形成的影響，并進一步探討其作用機理。

1材料與方法

1.1材料

NDMA、NDMA-d6標準溶液(Dr.Ehrenstorfer GmbH公司)；Cu2+、Zn2+標準溶液 (國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；二氯甲烷、正己烷、甲醇為色譜純 (美國Sigma公司)；二甲胺鹽酸鹽、亞硝酸鈉、氯化鈉為分析純 (美國Sigma公司)；胃蛋白酶 (美國Sigma公司)；去離子(Milli Q超純水機制備)。

Trace DSQ氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS；色譜柱：DB-1701，30 m×0.25 mm×0.25 μm，Agilent J&W；美國Thermo公司)；ICS-2100離子色譜儀(IC；陰離子抑制器：ASRS-4 mm；陰離子色譜柱：IonPac AS11-HC；陰離子保護柱：IonPac AG11-HC；陽離子抑制器：CSRS-4 mm；陽離子色譜柱：IonPac CS12A；陽離子保護柱：IonPac CG12A；美國Dionex公司)；12位真空固相萃取裝置 (萃取柱：椰殼質(zhì)填料，天津博納艾杰爾公司)。

1.2方法

1.2.1NDMA檢測的GC/MS條件

進樣口溫度：200℃；離子源溫度：250℃；傳輸線溫度：230℃；載氣流速：1.0 mL/min；進樣模式：不分流；程序升溫方法：初始溫度為45℃，保持5 min，再以10℃/min速率升高至200℃，保持5 min；溶劑延遲時間：3.50 min；Full Scan掃描范圍：20～300；SIM碎片離子選擇：74，42，28，80；進樣量：1 μL；EI源電子轟擊能量：70 eV。

1.2.3模擬胃液條件

模擬胃液的配制參考文獻[13]的方法：將3.2 g胃蛋白酶，2.0 g氯化鈉和7.0 mL質(zhì)量分數(shù)為37%的鹽酸，加入足量的去離子水中，用去離子水定容至1 000 mL，最后用4 mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值至2.0，制得模擬胃液。反應(yīng)時間為2 h(文獻[14])，反應(yīng)溫度為人體的溫度37℃。

1.2.4Cu2+和Zn2+對NDMA形成的影響

反應(yīng)體系分為空白組和實驗組?？瞻捉M：向試管中依次加入50 mmol/L的DMA溶液和50 mmol/L的亞硝酸鈉(NaNO2)溶液各1 mL，然后加入模擬胃液定容至10 mL，最后用4 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH值至2.0±0.05，震蕩均勻。實驗組：分別取10 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L、1 000 mg/L、1 500 mg/L和2 000 mg/L的Cu2+或Zn2+標準溶液1 mL于試管中，然后依次加入50 mmol/L的DMA溶液和50 mmol/L的NaNO2溶液各1 mL，用模擬胃液定容至10 mL，最后用4 mol/L鹽酸調(diào)節(jié)pH值至2.0±0.05，震蕩均勻。將空白體系和實驗體系置于37℃恒溫水浴中反應(yīng)2 h。反應(yīng)結(jié)束后，迅速將試管置于冰水中冷卻，隨后向樣品中加入200 μL 0.1 mg/L的NDMA-d6溶液作為內(nèi)標，振蕩混勻之后，迅速將樣品依照劉清明等[15]報道的方法對樣品進行處理，測定NDMA的生成量。

1.2.5Cu2+和Zn2+影響NDMA生成的機理研究

2結(jié)果與分析

2.1Cu2+對NDMA形成的影響

如圖1所示，當反應(yīng)體系中不存在Cu2+時，NDMA的平均生成量約為76 μg/L。當Cu2+的濃度為1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L時，NDMA的平均生成量分別為88.33 μg/L、67.48 μg/L、68.17 μg/L、76.45 μg/L、103.94 μg/L、126.31 μg/L和147.04 μg/L。由圖1可以看出，當Cu2+濃度符合或接近水質(zhì)基準值1 mg/L時，Cu2+對NDMA的促進率能達到16.88%，這與Andrews等[10]報道的1 mg/L Cu2+在偏堿性環(huán)境中能夠促進NDMA的生成相符合。與空白試驗相比，在加入10 mg/L和20 mg/L的Cu2+后，NDMA生成量減少，Cu2+抑制NDMA的生成，但作用不明顯；當Cu2+濃度為50 mg/L時，NDMA生成量幾乎沒有變化。當Cu2+濃度在50～200 mg/L時，Cu2+濃度與NDMA的生成量呈正相關(guān)，說明Cu2+能夠促進NDMA的生成。當濃度達到200 mg/L時，促進率非常高，能夠達到94.56%。因此，在重金屬濃度普遍偏高的地方，水質(zhì)的污染應(yīng)該引起足夠的重視。

圖1Cu2+對NDMA生成的影響

Fig.1 The effect of Cu2+on NDMA formation

2.2Zn2+對NDMA形成的影響

由圖2可知，當反應(yīng)體系中不存在Zn2+時，NDMA的平均生成量約為76 μg/L。當反應(yīng)體系中Zn2+的濃度為1 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L時，NDMA的平均生成量分別為85.72 μg/L、67.52 μg/L、76.04 μg/L、91.69 μg/L、107.24 μg/L、107.57 μg/L和109.70 μg/L。與空白試驗相比，當Zn2+濃度為10 mg/L時，NDMA生成量減少，Zn2+顯示出抑制作用；當濃度為20 mg/L時，Zn2+對NDMA的生成無影響；其余濃度下，Zn2+都能使NDMA的生成量有不同程度的增加，這說明Zn2+在一定濃度下能夠促進NDMA的生成。當濃度大于100 mg/L時，NDMA的生成量幾乎不再增加，Zn2+的促進作用達到飽和。

圖2Zn2+對NDMA生成的影響

Fig.2The effect of Zn2+on NDMA formation

2.3Cu2+和Zn2+影響NDMA生成的機理研究

3討論

NDMA作為一種強烈致癌物，早已引起人們的重視，而對于能促進其生成的重金屬離子的相關(guān)研究更應(yīng)該引起足夠的重視。本文模擬胃液的反應(yīng)體系，考察重金屬離子銅和鋅對于內(nèi)源性NDMA形成的影響。

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(責任編輯：米慧芝)

Studies on the Effect of Cu2+and Zn2+on Carcinogenic NDMA Formation in Simulated Gastric Fluid

張歐，劉夢雪，劉永東**，鐘儒剛

ZHANG Ou，LIU Mengxue，LIU Yongdong，ZHONG Rugang

(北京工業(yè)大學生命科學與生物工程學院，北京100124)

(College of Life Science & Bioengineering，Beijing University of Technology，Beijing，100124，China)

摘要：【目的】在模擬胃液條件下研究重金屬Cu(2+)和Zn(2+)對內(nèi)源致癌性N-二甲基亞硝胺(NDMA)形成的影響，并進一步探討其作用機理?！痉椒ā糠謩e用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法(GC-MS)和離子色譜法(IC)來測定NDMA、二甲胺 (DMA) 和亞硝酸根)含量?！窘Y(jié)果】在模擬胃液條件下，Cu(2+)和Zn(2+)濃度高于50 mg/L時，可以促進NDMA的形成，且當濃度由50 mg/L增大到200 mg/L時，Cu(2+)促進率由1.16%增大到94.56%,Zn(2+)促進率由21.32%增大到45.86%。在重金屬濃度為符合或接近符合水質(zhì)基準值1.0 mg/L時，Cu(2+)和Zn(2+)對NDMA的形成也分別有16.88%和13.42%的促進率；而當重金屬濃度為10 mg/L時，兩種離子卻均抑制NDMA的形成。機理研究表明Cu(2+)、Zn(2+)促進NDMA的形成主要是由于其與DMA發(fā)生相互作用，進而導致NDMA形成?！窘Y(jié)論】高濃度的Cu(2+)和Zn(2+)通過與DMA相互作用，形成活性中間體從而促進NDMA的生成。

關(guān)鍵詞：模擬胃液重金屬離子NDMA促進率中間體

Abstract:【Objective】The aim of this study was to investigate the effect of heavy metal irons Cu(2+) and Zn(2+) on the formation of N-nitrosodimethylamine (NDMA) in simulated gastric fluid (SGF) and further explore its mechanism.【Methods】The concentrations of NDMA and dimethylamine (DMA),nitrite ) were determined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and ion chromatography (IC),respectively.【Results】Cu(2+) and Zn(2+) could promote the formation of NDMA when the concentrations of Cu(2+) and Zn(2+) were higher than 50 mg/L in simulated gastric fluid (SGF).Meanwhile,the promotion rates were increased from 1.16% to 94.56% and 21.32% to 45.86% for Cu(2+) and Zn(2+),respectively,with their concentrations increasing from 50 mg/L to 200 mg/L.It is noteworthy that very low concentration of Cu(2+) and Zn(2+) at 1.0 mg/L,which already or almost met their guideline values in drinking water,could still enhance NDMA formation with the promotion rates of 16.88% and 13.42%,respectively.Interestingly,both Cu(2+) and Zn(2+) could inhibit NDMA formation when their concentration was 10 mg/L.Mechanism research showed that the promotion of the NDMA was mainly due to the interaction between the heavy metal ions and DMA.【Conclusion】Heavy metal ions Cu(2+) and Zn(2+) at relatively high concentrations can both promote NDMA formation in SGF through interacting with DMA.

Key word:SGF，heavy metal ions，NDMA，promotion rate，intermediate

中圖分類號：Q89

文獻標識碼：A

文章編號：1005-9164(2016)01-0067-05

作者簡介：張歐(1989-)，女，碩士研究生，主要從事致癌物形成機理與抑制方法的研究。

收稿日期：2015-12-01

修回日期：2016-02-03

*北京市自然科學基金項目(8132015)資助。

**通迅作者：劉永東(1975-)，女，副研究員，碩士生導師，主要從事環(huán)境致癌物形成機理方面的研究，E-mail:ydliu@bjut.edu.cn。

廣西科學Guangxi Sciences 2016,23(1):67～71

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-03-15

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160315.1516.034.html