胞质分裂阻滞法分析细胞组学研究指标在公共卫生领域的应用现状*

蔡恬静 刘青杰*

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0141-03 [中图分类号] R-33 [文献标识码] A

胞质分裂阻滞法分析细胞组学研究指标在公共卫生领域的应用现状*

蔡恬静①刘青杰①*

[文章编号] 1672-8270(2017)05-0141-03 [中图分类号] R-33 [文献标识码] A

近年来利用胞质分裂阻滞法分析微核、核质桥、核芽、核分裂指数、细胞凋亡和细胞坏死等细胞组学指标，成为公共卫生领域探讨不同人群结构、环境、职业暴露等因素对基因组不稳定性、染色体断裂、丢失和细胞增殖能力的影响的常用方法。现将利用胞质分裂阻滞法分析多种细胞组学指标在公共卫生领域的应用现状做以综述。

胞质分裂阻滞法；微核，核质桥；核芽；核分裂指数；细胞组学指标

[First-author’s address]National Institute for Radiological Protection, Key Laboratory, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100088, China.

细胞组学研究是致力于确定单细胞分子表型，进而研究细胞结构及分子功能的科学；是根据细胞不同的分子表型来探索疾病分子机制的策略；也是连接基因组、蛋白质组和组织功能的桥梁。

近年来，应用淋巴细胞胞质分裂阻滞法检测外周血淋巴细胞中微核、核芽及核质桥的发生频率和分布特点以及核分裂指数等，成为分析造成DNA损伤和错误修复、染色体不稳定性、有丝分裂异常、细胞死亡和生长抑制的内因(性别、年龄及种族等)或外因(环境因素、职业暴露及疾病等)的重要手段[1-2]。

1 微核、核芽和核质桥的相关性

微核(micronucleus，MN)形成是染色体损伤或全染色体丢失的生物标志物，是细胞受遗传毒物作用后的一种遗传学终点。核芽(nuclear buds，NBUD)是细胞去除放大的或多余的DNA的机制，是基因放大、扩增或基因剂量改变的生物标志。核质桥(nucleoplasmic bridge，NPB)是细胞染色体受到损伤后，发生染色体断裂一融合一桥循环(breakage—fusion—bridge，BFB)而形成的，DNA双链断裂发生后，双链断裂的两条姐妹染色单体的末端发生融合，形成双着丝粒染色体，在细胞分裂后期，由于2个着丝粒彼此移向细胞的两极而形成细胞核之间的桥状连接。NPB的另一个形成机制是由于端粒缩短或缺少端粒结合蛋白所致的端粒末端融合。MN、NBUD和NPB三者的形成机制虽不相同，但大量研究表明三者之间具有较强的相关性，都是基因毒性和染色体不稳定的生物标志物[3]。

2 核分裂指数的影响

核分裂指数(nuclear division index，NDI)反映了细胞核分裂的能力和增殖状况。核分裂指数越高，表明细胞增殖能力越强，用来评估外源化合物对细胞稳态和毒性的影响。近年来，细胞凋亡和细胞坏死也被纳入了胞质分裂阻滞法细胞组学的检测范围，三者的联合使用能为外源性有害物质的毒性检测提供细胞生长抑制和细胞毒性的相关信息。

3 细胞组学研究在公共卫生领域的应用现状

近年来，由于人们生活习惯(吸烟、饮酒及营养摄入等)、环境因素及职业暴露(化工材料、加工废料及农药等)引起的疾病问题，成为全球公共卫生领域关注的问题[4]。以胞质分裂阻滞法为主要检测手段的细胞组学研究方法对染色体变异和损伤标志物的研究，为各种因素给机体造成的损伤提供了细胞遗传学和细胞毒性方面的依据。

3.1 人群结构、分布及生活习惯等因素的影响

评估人群细胞遗传本底水平的变异度和明确影响细胞损伤的内、外因素，通过监测群体数据评估一般人群中细胞遗传学损伤的正常水平对于检测已知职业危险因素或潜在的遗传毒性物质暴露是必要的。

Verica等[5-6]研究表明，正常人群中年龄、性别及吸烟三种因素对微核发生频率的影响无显著性差异，但NDI在年龄、性别及吸烟三种因素水平上有显著性差异(P=0.00015)。大量的职业暴露和环境因素影响的生物监测研究都把吸烟作为混杂因素来研究，即烟草虽然含有大量的致癌物质，但其与MN发生频率的相关性还存在争议，欧洲的部分实验室也得到了相对一致的结果，对其可能的原因分析如下：①重度吸烟者(≥30支/d)缺乏叶酸和维生素B12的摄入，二者参与MN的形成[6-7]；②烟草暴露可以导致体内MN的产生，但应用胞质分裂阻滞法进行外周血淋巴细胞体外培养时，存在MN的淋巴细胞不能接受刺激分裂为双核细胞，因此未纳入计数的范围；③被烟草损伤的细胞不能够进行分裂，状态类似坏死或凋亡的细胞[8-9]。相关研究结果提示，在进行群体研究时吸烟与否的亚组分析可以忽略，值得关注的是日吸烟量＞30支亚组的分析结果。

3.2 环境因素和职业暴露因素的影响

目前，利用胞质分裂阻滞法分析人群生活、工作环境中存在的可能导致的染色体损伤和细胞学改变的遗传学致病因素和细胞毒素，已经成为评估多种职业危险因素与环境因素暴露的重要手段。

在某些职业暴露(柴油机尾气、铅及农药等)的研究中，MN、NBUD和NPB发生频率均显著高于未暴露组，且NDI显著性降低，表明某些职业暴露可导致基因组不稳定性和染色体损伤，并可抑制外周血淋巴细胞的分裂增殖能力，引起基因组不稳定性增高。相关研究还表明，随着农药暴露水平的增加，细胞坏死率有增高趋势，而凋亡细胞则未发现明显的变化趋势，但两者较对照组皆具有显著性差异，原因可能是农药高剂量暴露后干扰细胞进入凋亡途径，抑制细胞的凋亡，同时使细胞急性坏死率增加[10，13-14]。并且在电离辐射职业暴露研究结果与染色体畸变分析的结果一致，提示MN、NBUD和NPB可以作为低水平电离辐射致染色体损伤的早期标志物[15-16]。

另有针对于苯职业暴露的研究，研究手段和分析方法较复杂。Jamebozorg等[17]、Lovreglio等[18]和Basso等[19]分别用胞质分裂阻滞法分析了苯暴露的石油工人外周血淋巴细胞中MN、NBUD和NPB的发生频率。前两者的结论一致：即暴露组的MN、NBUD和NPB的发生频率明显高于对照组，但无统计学差异。然而，Singaraju等[20]同样采用胞质分裂阻滞法在暴露组工人的口腔脱落细胞中发现MN的显著性升高。Singaraju的研究结果与上述结果相矛盾，可能的原因为：①黏膜的脱落细胞直接接触苯等有害物质，对于细胞损伤有直接的反应；②化学毒性物质诱导的淋巴细胞和上皮细胞基因组损伤可经外周血循环渗透向下到达基底层，发挥其基因破坏效应，产生核分裂以及MN、NBUD和NPB等核异常情况；③组织间其固有的解毒和DNA修复能力的差异。

4 结语

细胞组学利用胞质分裂阻滞法在外周血淋巴细胞中的应用为体内和体外研究遗传毒性和细胞毒性提供了标准化的方法，可广泛应用于区域性的人群和暴露因素调查。由于受到年龄、性别、吸烟、饮酒、药物以及放化疗等因素较大影响，单因素分析与多因素分析可能存在矛盾的结论，在某些医学评价方面有一定的局限性。在后续的研究中可以详细分析不同因素对于MN、NBUD和NPB以及NDI等的影响，并将明确的因素纳入研究对象的筛选原则，从而减少混杂因素对统计结果的影响。随着公共卫生事业的发展，以胞质分裂阻滞法分析研究细胞组学多重指标的手段，已经在环境、职业暴露，某些疾病及肿瘤等相关领域提供重要的遗传学依据，相信在不久的将来会成为更为活跃的前沿研究领域。

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The application of cytokinesis-block method to analyze cytomics indicators in public health field/CAI Tian-jing, LIU Qing-jie//China Medical Equipment,2017,14(5):141-143.

In recent years, cytokinesis-block method was used to analyze cytomics indicators including micronucleus, nuclear bridge, nuclear bud, nuclear division index, cell apoptosis and cell necrosis. In public health, it has become the common method to explore the impacts of different population structure, environment and occupational exposure for genomic instability, chromosome breakage, chromosome loss and cell proliferation. This article reviews and discusses the application of using cytokinesis block method to analyze cytomics indicators in public health field.

Cytokinesis-block method; Micronucleus; Nuclear bridge; Nuclear bud; Nuclear division index; Cytomics indicator

蔡恬静,女,(1979- ),本科学历，助理研究员。中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 中国疾病预防控制中心重点实验室，研究方向：辐射生物效应。

2017-02-20

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2017.05.038

国家自然科学基金(81573081)“人外周血淋巴细胞核质桥作为快速辐射生物剂量计的研究”

①中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所 中国疾病预防控制中心重点实验室 北京 100088

*通讯作者：qjliu@nirp.cn