摘要：本文使用质粒DNA评价法（plasmid DNA assay）和电感偶合等离子体质谱（ICP-MS）研究了北京市室内外PM10的生物活性及其与微量元素的关系。本研究选择了6组样品分别代表室内和相应室外进行质粒DNA评价研究。结果表明，厨房内采集的PM10的TD50 (50%的DNA被破坏时的PM10的剂量) 最低，为45µg mL-1，对DNA的损伤最大，表明具有最高的生物活性。而两个抽烟室内采集到的PM10的TD50分别为100和263µg mL-1，具有较强的生物活性。结合ICP-MS得到的微量元素结果分析发现， PM10的水溶性Zn与TD50较其它元素相比具有更好的负相关性，说明水溶Zn可能造成DNA的氧化性损伤的主要原因。
关键词：质粒DNA评价 生物活性 微量元素 室内空气 可吸入颗粒物（PM10）
近年来，PM10对人体的损伤效应引起了广泛的关注，流行病学研究结果表明PM10浓度的增加与人们发病率及死亡率之间有显著的相关性。关于颗粒物的肺损伤目前被广泛接受的观点是颗粒物表面的生物可利用的重金属离子会产生自由基，这些自由基对关键细胞的氧化性损伤可能是颗粒物导致肺损伤的主要原因。Wilson等通过有过渡金属和没有过渡金属两种情况下的炭黑和超细炭粒子的自由基及致炎作用的研究，证明PM10中的过渡金属对肺具有氧化性损伤。
McNeilly等利用体外实验的方法证明水溶性重金属会导致炎症。Richards等[10]研究表明导致肺损伤的是可溶的而非不可溶的锌；Adamson等利用活体实验研究发现，造成老鼠肺损伤的是水溶Zn。王玉秋等研究发现Fe是典型介导氧自由基过程的重金属。中国矿业大学（北京）环境与健康课题组的研究表明对DNA产生氧化性损伤的是颗粒物中的水溶性组分，其中水溶性的Zn元素可能是对DNA氧化性损伤的主要重金属元素，并提出吸烟室内可吸入颗粒物比不吸烟室内可吸入颗粒物具有更强毒性。本文利用质粒DNA评价法对居室室内PM10样品的生物活性进行研究，并利用ICP-MS对PM10的微量元素进行研究，最后判别不同类型室内PM10的氧化性损伤能力强弱以及可能导致这种损伤能力的重元素类型。
1.样品采集及室内实验
1.1样品采样
2003年7月在北京市2户（吸烟，非吸烟家庭）客厅、厨房(烹饪时)各采样3天，每天连续采样8小时以上。采样点位于中国矿业大学附近，由于条件限制，所以只在白天居民正常的生活条件下进行采样。同时在室外采集PM10样品，避免雨天。采样仪空气流速为30 L/min，采样头距地面高度为1.5m左右。随时记录室内外温度、湿度及风速。本次实验的采样头为Negretti（UK）PM10切割器，所用滤膜为直径47mm，孔径0.6µm聚碳酸酯滤膜（Millipore, UK）。
1.2 DNA损伤实验及电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）实验
质粒DNA评价法是一种研究颗粒物表面的自由基对超螺旋DNA产生氧化性损伤的体外方法。基本原理是颗粒物表面携带的自由基对超螺旋DNA产生氧化性损伤，最初的损伤是引起超螺旋DNA松弛；进一步的损伤表现为使DNA线化。这种损伤变化引起DNA在电泳仪中的电泳淌度的变化，进而将不同形态的DNA在琼脂糖凝胶中分离开，并在专门软件中进行定量分析，以此来评价颗粒物的生物活性（图1）。具体实验步骤参见文献，首先将颗粒物从滤膜上分离出来后，使用超纯水将样品稀释成4-5个不同的浓度级别，分别与一定量的质粒DNA(φX174-RF DNA, Promega, London, UK)进行混合并使其充分反应，然后将混合溶液置入电泳槽凝胶中，使用电泳仪在30V电压下通电16小时，将不同形态的DNA分离开来，最后使用紫外凝胶成像系统（Synoptics LTM, Cambridge, UK）对凝胶成像，并使用Syngene Genetools软件（Synoptics Ltd.）和光密度计对凝胶体中的超螺旋、松弛的及线化的等不同形态的DNA进行半定量分析，其中松弛和线化的DNA占总DNA的比例即代表样品的氧化性损伤能力或生物活性，其中一个重要的参数TD50，它代表造成50%的DNA损伤所需的样品的剂量（toxic dose），TD50值越小，颗粒物生物活性越大。 |
