甲醛对秀丽隐杆线虫毒性效应的研究*

杨春菊 许建新

(曲靖医学高等专科学校，云南 曲靖 655000)

甲醛对秀丽隐杆线虫毒性效应的研究*

杨春菊 许建新

(曲靖医学高等专科学校，云南 曲靖 655000)

为阐明甲醛染毒的毒性效应，利用模式生物秀丽隐杆线虫进行运动能力和寿命等生物学指标的研究。结果显示，甲醛染毒组与对照组相比，其头部摆动频率、身体弯曲频率、寿命和半致死时间均有所下降，且与甲醛染毒浓度存在量效关系。本文为理解与阐明甲醛的毒性效应提供了实验资料，有助于深入开展甲醛毒性机理的研究。

秀丽隐杆线虫;甲醛;毒性

近年来随着经济水平的发展，甲醛从衣食住行等各方面进入我们的生活，其污染问题越来越引起人们的注意。在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位，国际癌症研究机构 (International Agency for Research on Cancer，IARC)把甲醛列为第一类致癌物质。甲醛 (Formaldehyde，FA)，俗名蚁醛，是一种无色有刺激气味的气体，它对粘膜具有刺激性，可降低机体的呼吸功能、神经系统信息整合功能和影响机体的免疫应答，对心血管系统、内分泌系统、消化系统、生殖系统、肾脏均具有毒性作用［1，2］。甲醛的致癌性，尤其是对鼻腔、鼻咽、肺的致癌作用已被公认。

秀丽隐杆线虫 (Caenorhabditis elegans)作为一种模式生物，具有容易培养、繁殖周期短、个体小、通体透明、遗传与发育背景清楚等诸多优点，已广泛应用于生物学各领域的研究。由于秀丽隐杆线虫对多种污染物敏感，且行为反应模式稳定、结果可靠，已被用来监测和评价污染［3］。而关于甲醛对秀丽隐杆线虫的生态毒性的研究，国内外鲜有报道。因此本文以秀丽隐杆线虫为指示动物，观察甲醛对其运动、寿命相关指标的影响，探讨甲醛暴露的毒性效应，以期为甲醛的环境污染监测和治理提供理论依据和实验模型。

1.材料与方法

1.1 实验动物与主要试剂

实验动物:秀丽隐杆线虫 (C.elegans)，由云南省生物资源保护与利用重点实验室赠送。

主要试剂:10%的甲醛溶液 (AR级，SIGMA公司)。

1.2 甲醛染毒

将秀丽隐杆线虫培养在含有大肠杆菌OP50的琼脂培养基 (NGM)上。实验设1个对照组和3个甲醛染毒组，培养基所含甲醛浓度分别为5μmol/L、20μmol/L、80μmol/L，染毒时间为1h。所有秀丽隐杆线虫均在20℃条件下培养。

1.3 头部摆动频率的测定

甲醛染毒后，在一个新的培养基上滴加50μL的M9缓冲溶液，将线虫挑入缓冲溶液中。经过1min的恢复后，记录线虫在1min时间内头部摆动的次数 (当身体弯曲达到体长的一半作为1次头部摆动)。各组均随机选取并测定50条线虫。具体参照Tsalik［4］的方法。

1.4 身体弯曲频度的测定

甲醛染毒后，将线虫挑到一个没有OP50的NGM培养基上。记录下20s内线虫身体弯曲的次数。假定沿咽泵的方向为y轴，线虫爬行过程中，身体沿着相应x轴方向上的1次改变定义为1个身体弯曲。各组均随机选取并测定50条线虫。具体参照Tsalik［4］的方法。

1.5 寿命与半致死天数的测定

甲醛染毒后，将线虫置于正常的NGM培养基上培养，每间隔1d记录存活线虫数目(排除受试线虫与其新产生的子代幼虫可能的混杂)。当线虫的存活数目减少为总数的二分之一时，记录下测试天数，即为半致死天数。当最后一条线虫死亡时，所记录的时间即为最长寿命。进行3组平行实验。

1.6 数据处理

数据采用分析软件SPSS13.0进行显著性检验，用S－N－K和LSD法进行两两显著性检验。

2.结果与分析

2.1 甲醛染毒对秀丽隐杆线虫头部摆动能力的影响

为考察甲醛染毒对秀丽隐杆线虫运动能力的影响，分析线虫头部摆动频率。方差分析结果表明，甲醛染毒后，秀丽隐杆线虫的头部摆动能力受到显著影响 (F=142.17，P=0.000＜0.01);进一步对各甲醛染毒组与对照组进行两两比较，结果提示，各浓度甲醛染毒组均对秀丽隐杆线虫的头部摆动能力造成严重影响 (P=0.000＜0.01)(详见图1)。

2.2 甲醛染毒对秀丽隐杆线虫身体弯曲能力的影响

为考察甲醛染毒对秀丽隐杆线虫运动能力的影响，分析线虫身体弯曲频率。结果表明，甲醛染毒后，秀丽隐杆线虫的身体摆动能力受到显著影响 (F=129.51，P=0.000＜0.01)。进一步对各甲醛染毒组与对照组进行两两比较，结果表明，各浓度甲醛染毒组均对秀丽隐杆线虫的身体弯曲能力造成严重影响 (P=0.000＜0.01)(详见图2)。

2.3 甲醛染毒对秀丽隐杆线虫寿命的影响

存活率与半致死天数是衡量化合物毒性的主要参数之一。在5μmol/L、20μmol/L、80μmol/L三种甲醛浓度处理后，与对照组相比，线虫寿命分别减少了2天、2天和4天(详见图3)。为排除个体差异所造成的存活率误差，本研究采用半致死天数来衡量甲醛暴露对线虫寿命的影响。对半致死天数进行方差分析，并对各甲醛染毒组与对照组进行两两比较，结果表明，甲醛染毒后，秀丽隐杆线虫寿命缩减，尤其在高浓度 (20μmol/L和80μmol/L)甲醛染毒后，线虫死亡加剧 (F=24.41，P=0.000＜0.01)(见图4)。

3.讨论

本研究对照组和甲醛染毒组头部摆动频率和身体弯曲频率参数指标有明显差异，表明甲醛染毒对线虫神经系统造成损害，已有研究证明污染物暴露会导致神经元与肌肉细胞之间的连接破坏，从而引起运动行为障碍［5］。甲醛染毒后，秀丽隐杆线虫的神经突触功能和神经肌肉接头连接可能遭到破坏，从而导致运动行为缺陷，运动能力下降。

污染物会导致秀丽隐杆线虫寿命缩短，且随浓度增加寿命缩短的速度加快［6］。本文研究发现，甲醛染毒组的最长寿命和半数致死时间都低于对照组，说明甲醛对秀丽隐杆线虫有明显的致死效应。

甲醛系醛类化合物，其羧基亲电性较强，而且甲醛本身结构简单，空间位阻较小，容易和生物大分子发生加合、交联等作用。甲醛进入机体内易结合生物大分子上的自由氨基生成不稳定的羟甲基加合物，直接引起碱基突变或造成DNA断裂、DNA－DNA交联、DNA－蛋白质交联 (DNA－Protein Crosslinks，DPC)等作用［7］。甘耀坤等对甲醛致中华卵索线虫DNA损伤进行研究，结果表明甲醛在低浓度 (125μmol/L)时不能显著诱导DPC的形成。而在较高浓度 (625μmol/L)时显著诱导DPC的形成;甲醛在低浓度 (5μmol/L、25μmol/L)时主要产生DNA断裂，而高浓度 (125μmol/L、625μmol/L)时主要产生DNA交联，且甲醛浓度与DNA损伤具有明显的量效关系［8］。该研究从DNA损伤角度为本次实验提供理论支持，低浓度甲醛暴露下致使DNA断裂，进而降低线虫运动能力和寿命，并且随浓度的增加影响越发严重。

本研究利用模式生物秀丽隐杆线虫发育上与实验室操作上的优势，以其为模型分析了甲醛染毒对线虫运动能力和寿命的毒性效应，为阐明甲醛的毒性效应提供了新的线索，有助于理解和深入追踪甲醛染毒导致的各种毒性机理。研究显示，甲醛染毒对秀丽隐杆线虫的运动能力和寿命具有显著毒效，且与甲醛浓度存在一定的量效关系;模式生物秀丽隐杆线虫可以作为一种的甲醛暴露的生物指示物。值得注意的是，甲醛对秀丽隐杆线虫的毒性效应的机制是怎样的，这种毒性效应是否有具有可传递性，需要进一步研究。

［1］Nielsen GD，Wolkoff P.Cancer effects of formaldehyde:a proposal for an indoor air guideline value ［J］.Arch Toxicol.2010，84(6):423—446.

［2］Bosetti C，McLaughlin JK，Tarone RE，et al.Formaldehyde and cancer risk:a quantitative review of cohort studies through 2006 ［J］.Ann Oncol.2008，19(1):29—43.

［3］Swain SC，Keusekotten K，Baumeister B，et al.C.elegans metallothioneins:new insights into the phenotypic effects of cadmium toxicosis ［J］.J.Molecular Biology，2004，341:951—959.

［4］Tsalik EL，Hobert O.Functional mapping of neurons that control locomotory behavior in Caenorhabditis elegans ［J］.J.Neurobiol.2003，56(2):178—97.

［5］Loria PM，Hodgkin J，Hobert OA.A conserved postsynaptic transmembrane protein affecting neuromuscular signaling in Caenorhabditis elegans［J］.J.Neuroscience.2004.24:2191—2201.

［6］汪洋，王大勇.铜中毒引起的秀丽线虫世代间可传递的缺陷 ［J］.安全与环境学报，2007 7(2):10—14.

［7］Conaway CC，Whysner J，Verna LK，et al.Formaldehyde mechanistic data and risk assessment:endogenous protections from DNA adduct formation ［J］.Phramacol Ther，1996，71(1－2):29—55.

［8］甘耀坤，孙均均，彭光银，等.甲醛致中华卵索线虫DNA损伤作用的研究 ［J］.环境科学学报，2006，26(9):1515—1519.

Research on Toxic Effects of Formaldehyde to Caenorhabditis elegans

YANG Chun－ju;XU Jian－xin
(Qujing Medical College，Qujing 655000，China)

To explain the effects of formaldehyde toxicity，this study explored the model organism Caenorhabditis elegans to analyze the toxicities by assaying endpoints of life span and locomotivity．Results show that formaldehyde＇s toxicity may result in the reduced lifespan and locomotion behavior defects．In addition，the biological defects caused by formaldehyde exposure have had a concentration－dependent manner．This research provided the experimental data to understand and clarify the toxic effects of formaldehyde．

Caenorhabditis elegans;formaldehyde;toxicity

Q959.17

A

1671－7406(2012)06－0041－04

2012－03－25

杨春菊 (1981—)，女，云南曲靖人，硕士，助教，主要从事生物化学和免疫学的教学与研究。

(责任编辑 徐成东)