环境生物学论文

二恶英对人体的危害及其生物检测和代谢

王平妹

（中南林业科技大学 2012级环境科学2班，湖南 410000）

摘要：二恶英是一种毒性极强的污染物，在自然界中广泛存在，对人类和其他生物的危害很大，因此研究二恶英对生物的影响也尤为重要。通过二恶英的生物检测和生物代谢转化等过程，研究二恶英在环境中的污染程度和对人体的危害，以采取相应的措施保护人和其他生物以及防护环境污染。

关键词：二恶英；人体危害；生物检测；生物代谢；环境污染

Dioxins Biological Bazards and Biological Detection and

Metabolic

Abstract: Dioxins are a kind of highly toxic pollutants, widely exists in the nature, great harm to humans and other creatures, so the dioxin is also very important influence on biological. Through biological detection and biological metabolism of dioxins transformation process, such as study of dioxin pollution in the environment and the harm to human body, to take corresponding measures to protect people and other creatures as well as the pollution of the environment protection.

Key words:Dioxins;biological harm;biological detection;biological metabolism;environmental pollution.

二恶英（dioxins，DXN）是一类有机氯化合物的俗称，二恶英类物质有30多种，其中包括多氯二苯二恶英（PCDDs）7种，多氯二苯呋喃（PCDs）10种，多氯联苯（PCBs）13种，以毒性大、致癌作用强的2,3,7,8-四氯双苯并二恶英（TCDD）为代表。1999年，比利时鸡污染事件，引起了全球的关注，美国、加拿大、中国等40个国家和政府禁止进口和销售比利时等欧盟国家的可能受污染的食物，造成了巨大的经济损失。二恶英也成为了家喻户晓的化学物质，并称之为“世纪之毒”，甚至令人谈之色变。二恶英在标准状态下呈白色固体，熔点约为

303~305摄氏度，当温度达到705摄氏度以上时开始分解；极难溶于水，但脂溶性很强，容易积累在生物体的脂肪中，一般通过食物链蓄积在人体内，且难以排出体外；在酸、碱溶液以及环境中性质稳定，平均在环境中的半衰期约为9年。另外，二恶英的蒸汽压很低，一般随氯原子数目的增加而降低，在

大气环境中超过80%的二恶英分布在大气颗粒物中，而且高氯异构体更容易在颗粒物表面凝结。二恶英中的2，3，7，8-四氯二苯毒性最强，也是目前人类发现的毒性最强的物质，其毒性相当于氰化钾的1000倍。 ⒈二恶英的生成

1.1固体废物的燃烧 城市垃圾、医疗卫生用品和含氯的物质在不充分燃烧的情况下，会产生二恶英。二恶英一般在燃烧的低温区产生，燃烧温度小于850摄氏度时；在医疗废弃物中，含有大量的有毒、有害病菌和微生物，而且医疗废物中可燃烧性塑料的比例约为30%，采取一般的燃烧手段将会产生大量的二恶英，带来严重的二次污染。

1.2化学生产 在生产有机化学药品的过程中，尤其是生产氯酚，二恶英常常以副产物的形式伴随在生产过程当中。根据有关报告，我国二恶英污染主要源于五氯酚及其钠盐的生产使用过程，前者作为木材防腐剂量，用量较少，后者用作吸血虫防治品，用于江

南湖区，EAP估计，大约100中左右的杀虫剂与二恶英有关。

其次纸张的漂白、氯在冶金、水消毒和一些无机化工中的使用，也是二恶英的重要来源。 道吸收。

二恶英的经皮吸收与所用溶剂关系很大。当2,3，7,8-TCDD溶解于甲醇时，经皮吸收最为显著，当土壤含2,3,7,8 – 表1 世界范围内大气中二恶英的来源（kg TEQ/a）

Table 1 Source of PCDD/Fs in air in the world

来 源 排放量 波动范围 城市废弃物燃烧 1130 680~1158

粘合剂及危险废物燃烧 680 400~900

金属生产 350 210~490

粘合剂（非危险品） 320 190~450

医院废弃物焚烧 84 49~119

同再生循环利用 78 47~109

含铅汽油燃烧 11 6~16

合计 3000 2400~3600

⒉二恶英对生物的危害

2.1 二恶英侵入机体途径及代谢机理

二恶英主要通过口和皮肤吸收。人若食用了被二恶英污染的奶、鱼及肉制品，就可能将二恶英摄入体内。有研究报告指出，把2,3,7,8 – TCDD溶于橄榄油或玉米油/丙酮溶液，经口给大鼠和田鼠喂入，可分别在肠胃吸收喂入剂量的70%~85%和73.5%。

二恶英通过皮肤和口吸收的特点，与摄入时的其他相关成分有关。土壤或活性炭能很好地甚至完全防止2,3,7,8 – TCDD的经皮或经口吸收。经放射性自显影实验证实，大鼠经口给予标记的2,3,7,8 – TCDD 14.7n g后，24 h肝内放射性剂量为36.7%。若把2,3,7,8-TCDD混于泥水中，再经口给予大鼠，发现肝内的含量只有上述的一半；若将2,3,7,8-TCDD先吸附于活性炭内再经口给予大鼠，则可完全阻止其经胃肠

TCDD达0.107 μg/kg时就使得作业者患氯痤疮，表明2,3,7,8 – TCDD可通过皮肤吸收进入人体内。还有报道，用2,3,7,8 – TCDD涂布在皮肤上24 h 后约有 14.8%的2,3,7,8 – TCDD进入肝脏。

经呼吸道吸收也是二恶英进入人体的非常重要的渠道，废弃物燃烧可使二恶英类毒物进入大气中，经呼吸道吸入。

进入猴体内后主要分布于皮肤和肌肉，豚鼠主要分布于皮肤中。进入肝脏中的2,3,7,8 – TCDD在不同动物体内的分布是不同的。有人对26名正常非2,3,7,8 - TCDD接触者的肝脏及其脂肪组织中的2,3,7,8 – TCDD含量进行测定，若以相同质量单位组织计算，肝内2,3,7,8 – TCDD的含量仅是脂肪组织中的1/10，当以相同组织脂肪含量计算时，发现肝内和脂肪内TCDD的含量基本相同。说明在低剂量接触2，3，7，8 – TCDD时，2,3,7,8 – TCDD在肝内的分布主要取决于肝组织内的脂肪含量。2,3,7,8 – TCDD进入肝内可与蛋白质结合，此蛋白质有芳香化受体（AH受体）蛋白和微粒体二恶英结合蛋白。 二恶英类毒物进入动物体内之后，要发生一系列的生物转化。科学家在1979年首次发现，经2,3,7,8 – TCDD处理的大鼠胆汁中有其代谢产物排出。目前已从大鼠、豚鼠和田鼠的尿和胆汁中都找到了代谢产物。经2,3,7,8 – TCDD处理的动物胆汁或尿液与葡萄糖甘酸一起培养，发现其代谢产物增加，推测其代谢产物为葡萄糖苷酸的结合物。同时还证实大鼠和豚鼠体内的2,3,7,8 – TCDD几乎全是以其极性代谢产物由尿或胆汁排出体外，田鼠尿和胆汁排出的也是其极性代谢产物，粪便中也可以排出其代谢物以及相当数量的原形2,3,7,8 – TCDD 可经胆外途径进入田鼠的肠腔内。

研究表明，2,3,7,8 - TCDD可能是经肝微粒体混合功能氧化酶(MFO)所代谢

的。当肝微粒体MFO活性增加时，可降低2,3,7,8 – TCDD对大鼠大鼠等的毒性，而当肝微粒体MFO抑制时，则可增加其毒性，从而间接证明2,3,7,8 – TCDD在体内经MFO代谢。由于肝微粒体富含药物代谢酶，所以推测2,3,7,8 – TCDD的代谢部位主要在肝脏。

大鼠经2,3,7,8 – TCDD处理后21 d ，可分别经粪便、尿和呼气排出其剂量的53%、13%和3%，表明2,3,7,8 – TCDD主要经粪便排出。但田鼠与其他动物不同，2,3,7,8 – TCDD或其代谢产物的41%经尿排出。同时还发现2,3,7,8 – TCDD可经胎盘转运，并且2,3,7,8 – TCDD也可经乳汁分泌排出。

大鼠对2,3,7,8 – TCDD的生物半减期约为24 d，动物接触低剂量后组织内不会产生无限的蓄积。进入人体内的2,3,7,8 – TCDD的生物半减期约为5~7年。 2.2 二恶英的作用机理

大量的资料证明，芳香烃受体（AhR）在介导二恶英的生物学效应方面的重要性，这些资料来自于包括人在内的多物种的实验模型。对缺乏AhR的动物和细胞进行有关药理学结构 – 活性剂小鼠遗传学研究，结果证实了受体在介导2，3，7,8 – TCDD毒性效应中所发挥的重要作用。被激活的受体主要有两个方面的作用：使一组含有启动子效应元件基因的转录作用增强并迅速激活络氨酸转氨酶激酶。而大量参与编码药物代谢酶如细胞色素P450 1A1、1A2、1B1、谷胱甘肽S转移酶及UDP葡萄糖苷酸转移酶的基因都是AhR靶基因组的成员。其他类型基因表达的改变也可能直接或间接地受AhR的调节。该受体的激活可以导致内分泌和旁分泌功能的紊乱，并出现细胞功能（包括生长和分化）的改变。二恶英的毒性主要取决于3方面的特性：亲脂性、代谢、与肝脏中的CYP4501A2结合。 2.3 二恶英对生物的危害 2.3.1 急性毒性作用

二恶英急性中毒可致人和动物死亡。在1968年，日本曾发生多氯联苯（PCBs）污染米糠油事件，造成几十万只鸡和16人死亡。二恶英的这种致死作用在中毒几周后才表现出来，不像其他毒物在几个小时或几天内就能表现出来，故称延迟性致死作用。二恶英急性中毒可致厌食，肌肉、脂肪急剧下降，称废物综合征。并常伴有头痛、眼刺激、呼吸道和消化道症状。主要病理变化时腺体萎缩、肌肉坏死、肌肉浸润等。

2.3.2 皮肤黏膜损害

二恶英可以改变皮质分泌，使皮肤增生，过度角化，发生氯痤疮，并使皮肤、粘膜、牙龈、甲床等处色素沉着。氯痤疮可合并囊肿、脓胞，累及面、颈、胸甚至四肢。毛囊过度角化之前常有红斑、水肿，有时有光过敏。皮肤常持续多年，愈合时常留有疤痕。

2.3.3 二恶英致癌

二恶英是一种极强的促癌剂。它可以引起多系统多部位的恶性肿瘤。2,3,7,8 – TCDD对小鼠、大鼠、仓鼠、田鼠进行19次染毒实验，致癌性均为阳性结果。越南战争期间，为战争的需要每个在越南喷洒下大量含有二恶英的2,4 – D和2,4,5 – T（又称橙色制剂）。战后一项调查显示当年接触橙色制剂的美国士兵，恶性肿瘤发病率为4.95%，是对照组的2倍。1979年意大利Seveso化工厂大爆炸，造成二次污染。10年之后流行病调查发现污染地区造血系统恶性肿瘤、胆道恶性肿瘤、软组织肉瘤发生率上升。基于动物实验及最新流行病学调查结果，国家癌症研究机构（IARC）在1997年将2,3,7,8 – TCDD定位人类I级致癌物。多氯联苯二恶英、非氯代联苯二恶英、多氯联苯呋喃定为III级致癌物。 2.3.4 对胚胎及婴幼儿发育的影响

发育中生物个体尤其是胚胎对二恶英尤为敏感。在未产生母体毒性的情况下即可引起死胎、流产、生长发育畸形或发育迟缓等。在小鼠低剂量即可引起小鼠腭裂、肾畸形。流行病学调查显示，在越战期间接触橙色试剂的美国士兵回国后，其妻子自发性流产与其子女先天畸形发生概率上升30%。越南一个受二恶英污染严重的

村子，从1970年1月道1982年6月，期流产、早产率竟分别达到20%以上，且葡萄胎、先天畸形与对照区有显著差异。新西兰在1972~1976年间喷洒2,4,5 – T时所发生的的先天畸形如尿道下裂、心脏畸形比率要比以前没有没有喷洒时高，且经仔细测算，畸形足的上升有统计学上的显著意义。1979年台湾曾发生PCB污染食用油的事件，时候调查发现，暴露区妇女所生小孩，常伴有皮肤、牙龈、指甲等处色素暗沉着，且他们的身体发育与智力发育都明显落后于非暴露区的小孩。 2.3.5 对生殖系统的影响

二恶英可使雄性性激素水平下降，精子数目减少，致睾丸、附睾的畸形，降低性功能。一项调查显示在接触2,3,7,8 – TCDD的男性工人中，血清睾酮水平与血清2,3,7,8 – TCDD水平呈负相关，显示二恶英具有抗雄激素作用。据报道30年前的接触仍然是精子数下降50%。对雌性，二恶英可使流产率上升，受孕率降低，子宫重量减轻，子宫内膜异位甚至不育。机制可能是二恶英诱导雌激素代谢增加或使雌激素受体下调有关。在美国，妇女子宫内膜异位症发病率上升，有调查显示可能与二恶英饮食暴露有关。 2.3.6对免疫系统的影响

二恶英可以同时以抑制体液免疫和细胞免疫。对二恶英最为敏感的杀伤性T淋巴细胞，在0.4μg/kg 体重的剂量下可引起持续抑制反应。二恶英亦可长期抑制辅助性T细胞功能，对骨髓、胸腺、肝脏、肺脏中的淋巴干细胞、NK细胞都有毒性作用。二恶英可直接抑制B细胞，使初次、再次免疫应答的反应降低，使抗体（IgE、IgG）产量下降。免疫系统起着清除病原体和机体恶性细胞的功能，其功能一旦受损则机体对感染与肿瘤的易感性增加。有报道，二恶英暴露的工人其感染如呼吸道感染、阑尾炎和寄生虫病的发病率上升。 2.3.7 对内分泌代谢系统的影响

二恶英作为一种环境激素，可干扰人的内分泌系统，如上文所述，它可以干扰性激素的代谢，引起生殖系统功能障碍。

孕期妇女接触二恶英使胎儿血清甲状腺素水平下降，而促甲状腺胰岛素水平上升，说明它具有抑制甲状腺的功能。二恶英可以降低胰岛素水平或使其胰岛素受体下调，引起糖代谢紊乱。如越战期间接触橙色制剂的美国士兵和Seveso污染区人群中糖尿病的发病率上升。另外，他还可以干扰糖皮质激素Vi-tA、血脂和卟啉代谢等，引起一系列代谢紊乱。 2.3.8 对机体的其他影响

肝功能损害是二恶英常见的毒性作用，可使干细胞变性坏死，转氨酶升高。二恶英的暴露还可能与心血管疾病、呼吸系统疾病有关。Seveso事件发生后，该地区一项调查显示，慢性缺血性心脏病、风湿性心脏病、高血压及慢性阻塞性肺病的死亡率上升。还有报道二恶英可能引起精神心理疾患症状，如焦虑、易怒、疲劳、忧郁等。

表2 二恶英的毒理学效应

Table 2 Toxicobgical effects of PCDD/Fs

对人体的影响 毒理学效应 对激素、受体、生长固醇类激素和受体因子调节的影响

（雄性激素、雌性激素，肾上腺皮质激素），胸腺激素，胰岛素，维生素A，EGF和受体，TGF-a TGF-H ILIb e-Ras e-ErhA 致癌剂 细胞和体液免疫抑制，增加对传染源的敏感性，自身免疫反应 对免疫系统的影响 先天缺陷，胎儿死亡，影响神经系统发育，智力障碍，性别发育异常 对生殖系统的影响 降低血清雄性激素浓度，睾丸萎缩，睾丸结构异常，生殖器大小异常，雌性化激素和行为反常；生育能力下降，流产死胎，卵巢功能下降、消失，子宫内膜异位 其他影响 器官毒性，糖尿病，体重减轻，消瘦综合征，糖和脂肪代谢改变 ⒊二恶英的生物检测

3.1 EROD法

EROD法是最早建立的生物检测方法。7-乙氧基-异吩恶唑酮和NADPH在氧气和EROD的参与下生产7-羟基-异吩恶唑酮（RF），RF为荧光物质。将二恶英样本抽提物与培养的含AhR的细胞共培养，然后检测诱导产生的EROD活性，以此反映二恶英的量（以TEQ表示）。EROD法在一定浓度范围内具有线性剂量效应关系，在该线性范围内可准确定量二恶英。但由于样品中其他共存污染物的干扰，EROD法的分析结果往往偏高。 3.2 荧光素酶报告基因法（CALUX）

由于二恶英物质产生毒性作用需要与机体细胞核内的二恶英反应增强子结合，诱导机体的特异基因表达。根据该原理，把哺乳动物细胞的细胞色素P450基因和萤火虫荧光酶合成，作为报告基因，重组道H4IIE大白鼠肝癌细胞系（含AhR传导途径的各个部件）脂溶性二恶英污染物，透过细胞膜与细胞内AhR可逆性结合，形成配体—AhR复合物，使AhR的构象发生改变，进入细胞核内。在细胞核内配体—AhR复合体和核内转运蛋白（ah-receptor nucler translocator,ARNT）结合，形成配体—AhR-ARNT复合物，特异性地与染色体上二恶英应答区域结合，并激活细胞色素P450基因和荧光合成酶基因合成荧光素。以此构成CALUX系统荧光素酶诱导活性与二恶英的毒性系数相对应，该测定系统合成的荧光素量及荧光强度与测定系统中加入的二恶英物质的量成正比。最终测定的结果也是TEQ。

3.3 酶免疫分析法（EIA）

早期基于单克隆抗体的EIA技术因缺乏足够的选择性和灵敏度，其应用受到一定限制。后来发展了试管和微板技术使其灵敏度大为改观。一般多采用抗PCDD/Fs的老鼠或兔

子单克隆抗体（DD3）与二恶英结合的特点

而建立的竞争抑制酶免疫方法。使用酶竞争配合物（HRP）和样品中二恶英共同竞争有限的DD3抗体的特异性结合位点，以一系列不同浓度的2,3,7,8 – TCDD为标准物质，做出2,3,7,8 – TCDD表样与对应样品的剂量-效应曲线，样品中的二恶英毒性强度以计算出的TCDD毒性等价浓度间接表示。最终通过测定DD3与HRP螯合物的荧光强度来获取二恶英的TEQ，螯合物的荧光强度与二恶英的TEQ成反比。

3.4 AhR-DNA结合的凝胶阻滞电泳生物检测法（GRAB）

当DNA结合蛋白与相应的DNA片段或寡核苷酸集合而形成DNA-蛋白质复合物后，使DNA片段的分子量及电荷发生改变，因而在聚丙烯酰胺凝胶电泳体系中其电泳迁移率发生改变，通常较游离的DNA片段上形成一较游离DNA片段滞后的带型。此方法简单迅速，可检测处fmol级的DNA结合蛋白。

3.5 DELFIA法

DELFIA法属于时间分辨荧光免疫分析法。该方法利用生物技术选择出合适的抗原键合铕离子与样品中二恶英竞争单克隆抗体，待免疫完全反应后加入荧光增强液，使铕离子从抗原中解离下来，进入增强液，形成胶束，高效地发出荧光。螯合物最终用时间分辨荧光法分析，其荧光强度与二恶英的TEQ成反比，以此获得待测样本中二恶英的TEQ值。

⒋微生物对二恶英的降解 4.1 细菌好氧降解二恶英

降解的细菌主要有

Burkholderia(Alcaligenes)属，Sphingomonas属，Pseudomonas属，Staphylococcus属的菌株。

4.2 厌氧细菌对二恶英的还原脱氧

有研究报告认为由污泥中的厌氧微生物群（多为细菌）可使1,2,3,4,6,7,8-HpDD脱氯转化为Hx-CDD，而1,2,3,4-TCDD转化为2-CDD，但是，在降解过程中可能转化为毒性更强的化合物。

4.3 白腐真菌降解二恶英

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