方道奎，周?chē)?guó)宏，余淑苑*

(深圳市疾病預(yù)防控制中心，廣東 深圳 518055)

飲用水的氯化是最成功的預(yù)防水傳播疾病的公共衛(wèi)生實(shí)踐。消毒殺死病原體，但同時(shí)它也會(huì)引起消毒劑(例如氯或氯胺)和原水中存在的天然有機(jī)物質(zhì)(naturalorganicmatter，NOM)反應(yīng)產(chǎn)生大量的消毒副產(chǎn)物。自20世紀(jì)70年代第一次發(fā)現(xiàn)氯仿作為消毒副產(chǎn)物(disinfectionby-products，DBPs)以來(lái)，已經(jīng)確定了數(shù)百個(gè)DBPs。但是，已確定的DBPs僅占總數(shù)的約30%，還有大多數(shù)的消毒副產(chǎn)物未被識(shí)別[1]。對(duì)人體暴露于DBPs的關(guān)注主要源于流行病學(xué)研究，這些研究一直將氯化飲用水與發(fā)生膀胱癌的風(fēng)險(xiǎn)增加聯(lián)系起來(lái)[2]。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署和加拿大衛(wèi)生部制定了飲用水中DBPs的規(guī)定，以將風(fēng)險(xiǎn)降至最低。然而，這些受監(jiān)管的DBPs并不能解釋這種增加的癌癥風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榛趧?dòng)物致癌研究，這些化學(xué)物作用于其他不同的靶器官(肝臟)或產(chǎn)生較低等級(jí)的致癌風(fēng)險(xiǎn)[3]。由于DBPs的普遍接觸，確定與人類健康相關(guān)的DBPs已成為解決DBP健康問(wèn)題的重要研究目標(biāo)之一。

目前究竟是哪種消毒副產(chǎn)物導(dǎo)致了膀胱癌的發(fā)生，至今仍未闡明[4]。Bull等[3]通過(guò)模擬消毒劑與天然有機(jī)物亞結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)并進(jìn)行其產(chǎn)物的定量結(jié)構(gòu)毒性關(guān)系分析，預(yù)測(cè)了5類具有潛在致膀胱癌毒性的可能DBPs。鹵代苯醌(halobenzoquinones，HBQs)即是其中的一類，也是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一類新型的未受監(jiān)管的消毒副產(chǎn)物，廣泛存在于經(jīng)過(guò)處理的飲用水和游泳池水中。QSTR分析預(yù)測(cè)HBQs是潛在的膀胱致癌物，其毒性比受監(jiān)管的DBPs高1000倍，同時(shí)最近的研究提供了HBQs在飲用水中廣泛存在和毒理學(xué)的重要證據(jù)。因此，本文將重點(diǎn)關(guān)注這一新型的消毒副產(chǎn)物，并對(duì)其化學(xué)特征、環(huán)境暴露及毒性評(píng)估作一綜述。

1 化學(xué)特征

HBQ化合物的基本結(jié)構(gòu)由苯醌(benzoquinone，BQ)環(huán)上的鹵素和/或烷基和羥基組成(圖1)。它們含有高極性的羰基，與鹵素取代了氫原子的芳香醌類似。為了解HBQs的化學(xué)特征，首先要了解BQ的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)，特別是其相關(guān)的氧化還原和加成化學(xué)性質(zhì)。BQ的可逆氧化還原性質(zhì)是眾所周知的[5]，BQ可以在兩個(gè)連續(xù)的步驟中經(jīng)歷雙電子還原轉(zhuǎn)化成氫醌(hydroquinone，HQ)或通過(guò)單電子還原轉(zhuǎn)化成半醌自由基(SQ-·)和HQ。HQ可以被分子氧氧化成BQ。因此，在水溶液中，BQ通過(guò)其2個(gè)電子和2個(gè)質(zhì)子的電化學(xué)過(guò)程而具有6個(gè)氧化還原態(tài)，并且BQ的6種氧化還原態(tài)已被證明與HBQ類似。BQ的第2個(gè)關(guān)鍵化學(xué)特征是其能夠進(jìn)行親核加成反應(yīng)，即邁克爾(Michael)加成[6]。邁克爾加成反應(yīng)是雙鍵穩(wěn)定的碳親核試劑與α,β-不飽和羰基化合物的1,4-加成。其包括向-C=C-鍵加入親核試劑并使電負(fù)性元素間電荷離域以形成陰離子。向BQ加入氧親核試劑如H2O2或O2形成醌環(huán)氧化物。或者，當(dāng)加入硫親核試劑形成硫醚衍生物時(shí)發(fā)生還原過(guò)程。

圖1 苯醌(BQ)、半醌自由基(SQ-·)和氫醌(HQ)的結(jié)構(gòu)

雖然HBQ與BQ有許多類似化學(xué)特征，HBQ的關(guān)鍵特征是鹵素和/或烷基和羥基取代基團(tuán)。HBQ的取代基團(tuán)確定了它們的許多化學(xué)特征，其影響電子分布(極性)、半波電位，以及平衡酸堿(pKa)和標(biāo)準(zhǔn)電極電位(E0)性質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，吸電子基團(tuán)，如鹵素基團(tuán)，增加了單電子還原電位，降低了pKa，并提高了E0(BQ/HQ)。相反，給電子基團(tuán)，如甲基，會(huì)產(chǎn)生相反的趨勢(shì)。因此，這些獨(dú)特的化學(xué)特征已成為HBQ分析表征的基礎(chǔ)。表1總結(jié)了4種HBQs的一些主要化學(xué)特征。

表1 鹵代苯醌的化學(xué)特征

2 水中鹵代苯醌的暴露情況

鹵代苯醌是2010年首次在氯化消毒處理的飲用水中被發(fā)現(xiàn)的[7-8]。研究發(fā)現(xiàn)這類消毒副產(chǎn)物是普遍存在于經(jīng)消毒處理(包括氯消毒、氯胺消毒、氯結(jié)合氯胺、臭氧結(jié)合氯胺各種不同的消毒方式)的水中，并且濃度一般在ng/L級(jí)，但在原水或空白對(duì)照中從未檢測(cè)到HBQ。目前普遍在水中檢測(cè)到的鹵代苯醌有2,6-二 氯-1,4-苯 醌 (DCBQ)、 2,3,6-三 氯-1,4-苯 醌 (TCBQ)、2,6-二氯-3-甲基-1,4-苯醌(DCMBQ)和 2,6-二溴-1,4-苯醌(DBBQ)。其中DCBQ被檢測(cè)到的頻率和檢測(cè)濃度均為最高，在含有溴離子的水中，DCBQ的濃度最高可達(dá)到275ng/L。

對(duì)原水和飲用水中的HBQ進(jìn)行分析對(duì)于確認(rèn)其作為DBP發(fā)生頻率和濃度至關(guān)重要。Qin等[7]在兩個(gè)飲用水處理廠(drinkingwatertreatmentplants，DWTPs)和飲用水分配系統(tǒng)(drinkingwaterdistributionsystems，DWDSs)6個(gè)地點(diǎn)中測(cè)試了4種HBQs的發(fā)生情況，這兩種系統(tǒng)都使用氯胺和紫外線照射對(duì)水進(jìn)行消毒。結(jié)果確認(rèn)僅出現(xiàn)了2,6-DCBQ，這種DBP僅在消毒后的飲用水中發(fā)生。這些飲用水樣品中2,6-DCBQ的濃度在第1處理廠為14.3～54.6ng/L，第2處理廠為5.3～14.3ng/L。在兩個(gè)DWDS中，2,6-DCBQ的濃度隨著離處理廠距離的增加而降低。Zhao等[8]進(jìn)一步分析了使用氯化消毒方法的DWTP中第2個(gè)原水和處理過(guò)的水樣。結(jié)果除出現(xiàn)高濃度(165ng/L)的2,6-DCBQ外，也出現(xiàn)其他3個(gè)測(cè)試的HBQ(DCMBQ、TriCBQ和2,6-DBBQ)，但濃度均低于37.9ng/L。這些結(jié)果證實(shí)HBQs是高發(fā)生率的DBP，突出了進(jìn)一步研究的必要性。

鹵代苯醌不僅僅是飲用水中被發(fā)現(xiàn)的消毒副產(chǎn)物，也有研究在游泳池水中檢測(cè)到鹵代苯醌[9]。報(bào)告顯示了在10個(gè)室內(nèi)泳池樣品檢測(cè)中鹵代苯醌的存在和濃度范圍，這些泳池都通過(guò)氯制劑和氯/紫外結(jié)合消毒方式處理過(guò)。和飲用水一樣，所檢測(cè)到的鹵代苯醌也是DCBQ、TCBQ、DCMBQ和DBBQ共4種。其中，DCBQ是在10個(gè)泳池水樣中檢測(cè)到含量最高的。10個(gè)泳池及其輸入自來(lái)水中HBQs的分析顯示DCBQ廣泛存在，濃度為19～299ng/L不等。DCBQ在游泳池水中的濃度比輸入自來(lái)水高100倍。泳池中游泳者帶入的洗液和防曬用品很可能是這些鹵代苯醌消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體的來(lái)源。

3 毒性評(píng)估

過(guò)去數(shù)年的研究已經(jīng)證明HBQs是作為DBP普遍存在于氯化消毒處理的水中的。因此，為了解這類新型的DBPs對(duì)人類健康潛在的重要意義，目前已經(jīng)進(jìn)行了關(guān)于HBQs的細(xì)胞毒性和毒性機(jī)制的一些體外研究。

3.1 鹵代苯醌的細(xì)胞毒性

研究發(fā)現(xiàn)HBQ對(duì)人膀胱癌上皮細(xì)胞T24具有細(xì)胞毒性。采用兩種傳統(tǒng)的細(xì)胞毒性測(cè)定方法，中性紅攝取(neutraluptake，NRU)和3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-5-(3-羧甲酯基)-2-(4-磺苯基)-2H-四唑[3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium，MTS]分析，以及一種新的基于阻抗的測(cè)定方法，實(shí)時(shí)無(wú)標(biāo)記細(xì)胞分析(real-time cellularanalysis，RTCA)用于評(píng)估DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ的細(xì)胞毒性，NRU法測(cè)定24hDCBQ的IC50值為11.4 μmol/L，DCMBQ為148μmol/L，TriCBQ為113μmol/L，DBBQ為45.7μmol/L。同樣，MTS分析測(cè)定DCBQ的IC50值為94.5 μmol/L，DCMBQ 為 110.1 μmol/L，TriCBQ 為 150.7 μmol/L，DBBQ為142.0μmol/L。兩種傳統(tǒng)的測(cè)定方法均顯示T24細(xì)胞中測(cè)定HBQ的IC50值都在微摩爾水平[10]。

傳統(tǒng)的細(xì)胞毒性分析NRU和MTS分析已被廣泛驗(yàn)證用于細(xì)胞毒性研究并且費(fèi)用一般較為低廉。然而，這些分析可能需要準(zhǔn)備多個(gè)板，通量受到限制，并且需要使用可能侵入細(xì)胞的標(biāo)簽或染料。為提高檢測(cè)通量并使用單一分析獲得多種毒理學(xué)結(jié)果，已開(kāi)發(fā)了使用無(wú)標(biāo)記技術(shù)(RTCA)的DBP細(xì)胞毒性測(cè)試方法[10-11]。RTCA方法已成功用于評(píng)估多種新型飲用水DBP的細(xì)胞毒性，包括N-亞硝基二甲胺(NDMA)、N-亞硝基二苯胺(NDPhA)、N-亞硝基哌啶(NPip)和N-亞硝基吡咯烷(NPyr)等。當(dāng)T24細(xì)胞暴露于不同濃度(0～150μmol/L)的單個(gè)HBQs中，并監(jiān)測(cè)80h，RTCA測(cè)量結(jié)果形成實(shí)時(shí)的細(xì)胞指數(shù)隨時(shí)間變化的細(xì)胞毒性反應(yīng)曲線和時(shí)間IC50直方圖。這些響應(yīng)曲線清晰地證實(shí)了暴露期間細(xì)胞反應(yīng)的動(dòng)態(tài)特征，與常規(guī)測(cè)定方法對(duì)比有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于DCBQ，染毒24h時(shí)對(duì)細(xì)胞IC50值為1.9μmol/L，DCMBQ 為 58.7 μmol/L，TriCBQ 為 95.6 μmol/L，DBBQ 為21.4μmol/L。根據(jù)這些數(shù)值，在T24細(xì)胞中4個(gè)HBQ的細(xì)胞毒性排列順序?yàn)镈CBQ＞DBBQ＞DCMBQ＞TriCBQ。此外，結(jié)果也表明HBQ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性是DBPs中最強(qiáng)的。在CHO細(xì)胞中對(duì)HBQs和對(duì)三鹵甲烷(trihalomethans，THMs)及鹵乙酸(haloacetic acids，HAAs)等72h的IC50值研究顯示，對(duì)于THMs，IC50值在3.96～11.5mmol/L之間，對(duì)于HAAs，介于0.01mmol/L(一溴乙酸)～7.3mmol/L之間，對(duì)于溴酸根為0.963mmol/L，對(duì)于NDMA為31mmol/L，而對(duì)于HBQs，介于0.01～0.07mmol/L之間[12]。根據(jù)這些調(diào)查結(jié)果，HBQs在CHO細(xì)胞中的細(xì)胞毒性比一些受監(jiān)管的DBP(例如THMs)高1000倍，并且在微摩爾水平與一溴乙酸的細(xì)胞毒性相當(dāng)。同樣，Yang等[13]的研究證明在鹵化DBP中，2,5-二溴氫醌誘導(dǎo)了最強(qiáng)的發(fā)育毒性，EC50值(50%胚胎正常發(fā)育的DBP濃度)為9.12μmol/L，比THMs和HAAs的EC50值要低數(shù)百到數(shù)千倍。

3.2 鹵代苯醌誘導(dǎo)氧化應(yīng)激

為研究HBQ的毒性機(jī)制，重要的是要確定與1,4-BQ已知毒性機(jī)制的相似性和差異性，因?yàn)?,4-BQ是HBQ的基本結(jié)構(gòu)。目前有兩種公認(rèn)的醌毒性作用機(jī)制：①細(xì)胞基本蛋白質(zhì)和/或DNA的烷基化；②由于氧化還原循環(huán)形成的ROS而導(dǎo)致的氧化應(yīng)激。在生物系統(tǒng)中，醌可以經(jīng)歷單電子或雙電子還原。NADPH-醌氧化還原酶(NQO)催化醌的雙電子還原為氫醌，這通常被認(rèn)為是解毒過(guò)程；相反，NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶催化醌的單電子還原為半醌。半醌自由基可以直接破壞細(xì)胞大分子，如蛋白質(zhì)和DNA。半醌也可以與氧反應(yīng)形成ROS，包括超氧化物陰離子、過(guò)羥基自由基、過(guò)氧化氫(H2O2)和羥基自由基。這些ROS可以進(jìn)一步誘導(dǎo)對(duì)細(xì)胞大分子的氧化損傷。未修復(fù)的分子和細(xì)胞損傷最終可能導(dǎo)致癌變或細(xì)胞死亡。

為了證明氧化應(yīng)激參與HBQs對(duì)T24細(xì)胞的細(xì)胞毒性，在加入和不加N-乙酰-L-半胱氨酸(NAC)的情況下，檢測(cè)HBQ對(duì)T24細(xì)胞存活的影響，NAC的功能是作為自由基的清除劑[14]。NAC的存在顯著降低了由HBQ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性作用，表明ROS是HBQ細(xì)胞毒性的重要貢獻(xiàn)者。對(duì)HBQ(25～150μmol/L)處理的T24細(xì)胞中活性氧自由基的分析表明4種HBQ，DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ可以在T24細(xì)胞中以濃度依賴方式產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)ROS。與1,4-BQ相比，在相同濃度下4種HBQs產(chǎn)生明顯更高的ROS。這與之前對(duì)1,4-BQ同系物的研究一致，在原代培養(yǎng)的大鼠肝細(xì)胞和PC12細(xì)胞中，氯取代1,4-BQ(2,5-二氯-1,4-苯醌和TCBQ)比1,4-BQ和非鹵化醌能夠產(chǎn)生更多的ROS[15]。此外，在這兩種細(xì)胞類型中，兩種HBQ均比非鹵化醌的細(xì)胞毒性更強(qiáng)，表明氯取代1,4-BQ可能會(huì)增加其毒性，這與取代的鹵素是吸電子基團(tuán)的化學(xué)特征是一致的，這些基團(tuán)比它們母體醌類化合物的親電子性更強(qiáng)。

3.3 鹵代苯醌對(duì)抗氧化系統(tǒng)的影響

在正常細(xì)胞中，自由基和抗氧化防御系統(tǒng)之間存在平衡。谷胱甘肽(glutathione，GSH)是抗氧化損傷的主要防御，GSH和抗氧化酶共同構(gòu)成第一道防御細(xì)胞氧化應(yīng)激的防線。這些抗氧化防御系統(tǒng)對(duì)外來(lái)物誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激迅速響應(yīng)。另外，很多外來(lái)物可以誘導(dǎo)或抑制這些酶從而引起毒性。

多個(gè)證據(jù)已證實(shí)了GSH對(duì)HBQ毒性的保護(hù)作用[16]，研究發(fā)現(xiàn)與未經(jīng)處理的對(duì)照細(xì)胞相比，用DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ處理T24細(xì)胞顯著降低了細(xì)胞GSH水平，谷胱甘肽降低的水平與HBQs濃度呈正相關(guān)。這些結(jié)果與暴露于TCBQ和2,5-二氯-1,4-苯醌的大鼠肝細(xì)胞和PC12細(xì)胞研究中觀察到GSH水平降低的結(jié)果一致[15]。為了進(jìn)一步證明谷胱甘肽參與HBQ毒性的機(jī)制，當(dāng)細(xì)胞GSH被不可逆的GSH合成抑制劑丁硫氨酸耗盡時(shí)，測(cè)定DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ對(duì)T24細(xì)胞的細(xì)胞毒性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與細(xì)胞GSH無(wú)耗竭相比，HBQs的IC50值下降1.5～5倍。此外，當(dāng)細(xì)胞GSH耗盡后，在HBQ處理細(xì)胞之前，在培養(yǎng)基中補(bǔ)充10mmol/LGSH可以顯著降低HBQ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性[16]。因此，這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持GSH在防止HBQ誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性中起重要作用。

可能是由于HBQs與GSH的結(jié)合導(dǎo)致細(xì)胞GSH水平下降。通過(guò)質(zhì)譜分析確認(rèn)，HBQs與GSH在溶液中一起孵育可以形成GSH與HBQs的結(jié)合產(chǎn)物[16]。使用超高效液相色譜-高分辨率質(zhì)譜和電子順磁共振波譜研究HBQs和GSH之間的相互作用[17]，發(fā)現(xiàn)HBQs可以直接與GSH反應(yīng)，在水溶液和HepG2細(xì)胞中形成各種谷胱甘肽結(jié)合物(HBQ-SG)。并且HBQ-SG的形成隨反應(yīng)混合物中GSH與HBQ的初始摩爾比變化而變化，GSH與HBQ的較高摩爾比促進(jìn)了更多GSH分子與HBQ分子的結(jié)合。由此推斷GSH和HBQs之間的反應(yīng)機(jī)制涉及氧化還原循環(huán)誘導(dǎo)的鹵代半醌(HSQ)自由基和谷胱甘肽二硫化物的形成，邁克爾加成以及親核取代[17]。

GSH在對(duì)抗HBQs對(duì)細(xì)胞的毒性中扮演重要角色。同時(shí)闡明HBQs是否誘發(fā)一些GSH相關(guān)的抗氧化酶的改變也很重要。谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(glutathioneS-transferases，GST)是催化GSH與親電底物結(jié)合的一個(gè)酶家族，而谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPx)負(fù)責(zé)過(guò)氧化氫或氫過(guò)氧化物的代謝。為評(píng)估HBQs對(duì)這些酶活性的影響，用等價(jià)生物反應(yīng)濃度(從1/2的IC50到1倍IC50)的DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ作用于T24細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)暴露24h后HBQ顯著提高GST活性，而GPx活性略微降低或未改變，在1,4-BQ處理的MCF7細(xì)胞中也觀察到類似的結(jié)果，其中GST的mRNA表達(dá)水平增強(qiáng)，而GPx的mRNA表達(dá)的水平未產(chǎn)生變化[18]。誘導(dǎo)產(chǎn)生抗氧化酶，對(duì)于拮抗醌類化合物的細(xì)胞毒性是至關(guān)重要的。

3.4 鹵代苯醌對(duì)DNA的影響

目前有關(guān)HBQs致突變、遺傳毒性和致癌作用的資料非常有限。然而，醌類化合物遺傳毒性的可能機(jī)制是為人所熟知的，其中包括ROS的產(chǎn)生以及隨后對(duì)DNA造成直接的氧化損傷、細(xì)胞DNA的烷基化和直接插入DNA。有證據(jù)表明鹵化醌也能夠誘導(dǎo)致突變和遺傳毒性作用。

3.4.1 致突變效應(yīng) 最近的一項(xiàng)研究[19]使用supF穿梭載體系統(tǒng)探討了四氯氫醌(TCHQ)的致突變性。結(jié)果表明，TCHQ是一種有效的誘變劑，多數(shù)(85%以上)是單堿基突變。Ames試驗(yàn)表明DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ是可能誘變的。然而，需要進(jìn)一步的研究來(lái)了解HBQ誘導(dǎo)致突變作用的潛在機(jī)制。

3.4.2 與寡核苷酸結(jié)合 實(shí)驗(yàn)研究顯示HBQ能夠結(jié)合單鏈或雙鏈的寡脫氧核苷酸。結(jié)合親和力的順序?yàn)門(mén)riCBQ≈DCMBQ＜DCBQ＜DBBQ，并且是通過(guò)非共價(jià)機(jī)制結(jié)合的[20]。溴苯醌與寡核苷酸相互作用形成溴化寡核苷酸，并且相互作用取決于1,4-BQ的溴化程度[21]。通過(guò)LC-MS方法發(fā)現(xiàn)脫氧鳥(niǎo)苷(dG)和TCBQ在溶液中形成的加合物為二氯苯醌核苷[22]。在TCBQ或TCBQ處理的小牛胸腺DNA和人HeLaS3細(xì)胞中也觀察到直接加合物[23]。

3.4.3 氧化DNA損傷 ROS誘導(dǎo)的DNA損傷包括堿基修飾、單鏈或雙鏈DNA斷裂、脫氧核糖的修飾、嘌呤/無(wú)嘧啶(AP)位點(diǎn)和DNA交聯(lián)。其中，8-OHdG是一種被廣泛認(rèn)可的氧化性DNA損傷指標(biāo)，作為一種DNA加合物，是由于DNA中堿基鳥(niǎo)嘌呤的羥基化而形成的。用DCBQ、DCMBQ、TriCBQ和DBBQ作用T24細(xì)胞，明顯誘發(fā)了8-OHdG的產(chǎn)生，DCMBQ產(chǎn)生最高水平的8-OHdG(大約增加10倍)[14]。對(duì)于各種HBQs在T24膀胱癌細(xì)胞中誘導(dǎo)氧化性DNA損傷的效率，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，與未處理的T24細(xì)胞相比，四溴-1,4-苯醌(TBBQ)，四氯-1,4-苯醌(TCBQ)，2,6-二氯-1,4-苯醌(2,6-DCBQ)和 2,5-二氯-1,4-苯醌4-苯醌(2,5-DCBQ)分別處理24h后，8-氧代-7,8-二氫-2′-脫氧鳥(niǎo)苷(8-oxodG)的水平分別顯著增加了1.4、3.2、8.8和9.2倍。有趣的是，T24細(xì)胞中HBQs的氧化能力(2,5-DCBQ≈2,6-DCBQ＞TCBQ＞TBBQ)與 體 外 dsDNA 氧 化 (TCBQ＞TBBQ＞2,5-DCBQ＞2,6-DCBQ)不一致，表明HBQs在細(xì)胞基因組DNA中誘導(dǎo)氧化損傷可能涉及復(fù)雜的機(jī)制[24]。也有報(bào)道暴露于醌處理的細(xì)胞出現(xiàn)DNA鏈斷裂，在暴露于TCBQ的V79細(xì)胞和暴露于PCB醌類的HepG2細(xì)胞[25]中均有觀察到。由TCBQ引起的DNA鏈斷裂的原因可能是TCBQ插入雙鏈DNA中，這可能導(dǎo)致羥基自由基的產(chǎn)生。據(jù)報(bào)道AP位點(diǎn)是通過(guò)HBQ暴露誘導(dǎo)生物氧化性DNA損傷的另一副產(chǎn)物，在經(jīng)TCHQ處理的HeLaS3細(xì)胞中觀察到AP位點(diǎn)的形成，可能途徑是直接抽取DNA脫氧核糖中的氫，這將進(jìn)一步形成5'-缺口氧化的AP位點(diǎn)[26]。

3.4.4 其他DNA效應(yīng) 鹵化醌能夠誘導(dǎo)從5-甲基胞嘧啶(5mC)形成5-羥甲基胞嘧啶(5-hydroxymethylcytosine，5hmC)[27]。全基因組DNA甲基化的改變可影響基因表達(dá)，從而參與廣泛的細(xì)胞功能。因此，其可能介導(dǎo)癌基因激活，從而進(jìn)一步誘導(dǎo)致癌作用[28]。這些發(fā)現(xiàn)引出HBQ誘導(dǎo)的遺傳毒性和致癌的新機(jī)制。計(jì)算機(jī)模擬已經(jīng)證明在CHO細(xì)胞中1,4-BQ和氫醌誘導(dǎo)DNA鏈斷裂、MN的形成和染色體畸變[29]。這些遺傳毒性效應(yīng)主要是由于抑制了一種重要的DNA復(fù)制和修復(fù)酶——拓?fù)洚悩?gòu)酶。因此抑制DNA復(fù)制和修復(fù)酶是未來(lái)另一種研究HBQ誘導(dǎo)DNA損傷的可能方向。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

QSTR分析和體外實(shí)驗(yàn)這兩個(gè)方面研究均表明HBQ具有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性。與一些受監(jiān)管的DBP相比，HBQs對(duì)永生化哺乳動(dòng)物細(xì)胞系的細(xì)胞毒性增加1000倍以上。此外，證據(jù)表明HBQ誘導(dǎo)的毒性細(xì)胞機(jī)制與1,4-BQ之間具有相似性，1,4-BQ是一種高活性的已知人類致癌物的代謝物，并且多個(gè)體外研究結(jié)果支持氧化應(yīng)激途徑在HBQ誘導(dǎo)的毒性中起關(guān)鍵作用。HBQs可以經(jīng)歷氧化還原循環(huán)產(chǎn)生ROS，引起細(xì)胞大分子，包括蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷，HBQs和細(xì)胞先天抗氧化防御系統(tǒng)之間的相互作用加劇了這種氧化損傷。多項(xiàng)研究表明，由于直接和間接地(通過(guò)ROS)與DNA的相互作用，HBQs誘導(dǎo)的DNA損傷是廣泛存在的。這包括形成DNA加合物，DNA鏈斷裂和AP位點(diǎn)。這些結(jié)果與HBQs體外研究的致突變和遺傳毒性效應(yīng)的結(jié)果是一致的。

盡管缺乏體內(nèi)研究數(shù)據(jù)，HBQ誘導(dǎo)DNA損傷的體外證據(jù)充分表明HBQs具有潛在的遺傳毒性和致癌性。未來(lái)需要進(jìn)行體內(nèi)研究來(lái)評(píng)估這類新型DBP的致癌可能性，從而更好地理解在消毒處理水中產(chǎn)生的這類化合物對(duì)人類健康產(chǎn)生的可能危害。這一點(diǎn)特別重要，因?yàn)樽罱难芯勘砻鳎恍〩BQs廣泛存在于經(jīng)氯消毒處理的飲用水和游泳池水中。因此在進(jìn)行HBQ形成、轉(zhuǎn)化和全球發(fā)生情況研究的同時(shí)，進(jìn)行進(jìn)一步的毒性研究是必要的。

HBQ形成研究可以確定目前的水消毒過(guò)程如何影響水中HBQ的形成，促進(jìn)消毒替代技術(shù)的發(fā)展，從而可以避免HBQ形成，或可以控制它們的形成，或可以從處理水中去除以防止人體暴露。還需要進(jìn)行更多的分析研究來(lái)鑒定生物系統(tǒng)中的HBQ轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，因?yàn)槟壳暗难芯勘砻鱄BQ轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的細(xì)胞毒性與母體化合物的毒性發(fā)生很大改變。由于HBQs全球調(diào)查的缺乏，全球HBQs的發(fā)生情況是另一個(gè)重要研究途徑。因?yàn)镠BQ的形成高度依賴于原水的質(zhì)量，有必要對(duì)水源水質(zhì)較低的不發(fā)達(dá)地區(qū)飲用水的HBQs進(jìn)行研究?？傊?，要進(jìn)行多學(xué)科研究來(lái)確定HBQs在體內(nèi)的毒理學(xué)作用機(jī)制和人體暴露途徑。這些未來(lái)的研究將更好地了解HBQ暴露的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，并將促使建立飲用水法規(guī)，從而最終達(dá)到保護(hù)人類健康的目標(biāo)。