孕妇由于孕期较大生理变化极易成为微量元素缺乏或过量的高危人群, 尤其是孕中期由于胎儿功能发育, 快速消耗母体微量元素储备, 极易导致孕妇机体正常活动受阻, 出现异常。 同时低硒地区是多种地方病的高发区。 以地处我国低硒地区的内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗五个乡镇的156名育龄妇女(未孕和孕中期)为研究对象, 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES) 和原子荧光光谱法(AFS) 研究了未孕和孕中期妇女头发样中铝(Al)、 钙(Ca)、 镉(Cd)、 铜(Cu)、 铁(Fe)、 镁(Mg)、 锰(Mn)、 镍(Ni)、 铅(Pb)、 钒(V)、 锌(Zn)和硒(Se) 12种微量元素的含量水平、 主要的影响因素及硒与其他元素间的相互作用。 结果表明： (1) 所有育龄妇女发样中均存在Se元素缺乏现象, 可能与研究区地处我国低硒带有关; 另外92%, 95%, 35%和60%的妇女分别存在Mn, Fe, Cu和Mg元素缺乏。 建议增加小麦、 巴西坚果、 大蒜、 苹果和柿子等富含Se元素的食物及海产品、 坚果和扁豆等富含Mn, Cu, Mg和Fe食物的摄入。 同时发现80%, 52%和34%妇女分别存在V, Cd和Pb过量的情况。 (2) 孕中期妇女发样中Al, Ca, Cd, Cu, Fe, Pb, V和Se含量均低于未孕组, 可能是由于孕中期胎儿快速生长发育需要更多的营养导致。 (3) 值得注意的是, 未孕妇女头发中Se含量和孕中期妇女发样中Cu含量分别都与年龄呈显著正相关关系, 且所有妇女发样中Ca和Mg均不存在显著相关关系, 可能与Ca/Mg含量比值高于10有关。 (4) 研究区未孕组和孕中期组Cd-Pb, Ni-Pb和Ni-Cd存在显著相关关系, 表明研究区妇女头发中Cd, Ni和Pb元素可能具有相同的暴露源, 并提示该区妇女存在一定的暴露风险。

砷(As)污染不仅会影响土壤肥力和作物生长, 而且还会通过空气、 土壤、 水和食物等途径暴露于人类, 对人体健康产生重大威胁。 矿产开采是As环境问题产生的重要来源之一。 本文选择云南省某开采历史悠久的铅锌矿区周边9个村落(S1—S9)为研究区域, 以20 km外的县城(S10)为对照区域, 采集了76份土壤、 306份农作物和86份人发, 利用微波消解对样品进行前处理, 通过控制酸用量、 温度和持续时间三个变量得到不同样品的最佳消解方案, 并采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定各样品中As含量, 以探究多介质中As污染水平并对人体暴露和健康风险进行评估, 对当地矿产资源开采引起的As污染提出防治或改善建议。 结果表明: (1) 经微波消解前处理后获得的土壤、 农作物和人发样的As检出限为0.01~0.12 μg·L-1, 回收率分别为92.43%~112.23%, 97.88%~114.72%和91.44%~109.65%, 相对偏差小于5%, 结果令人满意。 (2) 土壤中As的平均含量为70.66 mg·kg-1, 是云南土壤背景值3.84倍。 参照GB 15618—1995《土壤环境质量标准》二级标准和单因子污染指数结果, 农田土壤受As污染为中度污染; 在S1采样点As含量最高, 这可能与矿区多年开采、 冶炼和运输密切相关。 农作物样品中, 块茎类蔬菜的As平均含量为1.75 mg·kg-1, 其次叶菜类为0.77 mg·kg-1, 玉米和根茎类蔬菜分别为0.52和0.51 mg·kg-1。 参照我国《食品中污染物限量》标准, 研究区域的农作物样品中As含量超标率为80.64%。 (3) 采用风险评价指数(HI)、 总致癌风险(TCR)、 目标危害商数(THQ)和致癌风险(CR)对研究区域As通过多暴露途径对暴露人群产生的致癌风险和非致癌风险进行评价和分析。 结果表明, 土壤和农作物中As对成人和儿童的非致癌风险总和分别为1.13~1.20, 为不可接受风险, 而致癌风险均在10-3水平, 大于美国环保局(USEPA)推荐的最高接受水平10-4 , 研究区居民有较大的致癌风险。 饮食摄入是As主要暴露途径, 研究区人群食用蔬菜的致癌风险均超过10-4, 且儿童的总致癌风险高于成人。 鉴于矿区周边蔬菜受As污染的高风险, 我们建议当地居民可以通过外地食物的输入来规避当地As污染带来的健康风险, 也可以考虑在污染的耕地上种植食用部位不易积累As的农作物来替代原有作物以减小As污染带来的危害。 (4) 矿区人发中As含量均显著高于县城(S20 km, p<0.05)。 其中矿区居民头发As平均含量 (0.97 μg·g-1) 是县城发As含量 (0.22 μg·g-1)的4.41倍, 超出卫生部推荐发As标准值(0.6 μg·g-1)。 矿区男性发样As含量高于女性, 随着年龄增长, 矿区人发样中As含量水平呈现第二年龄组(Group Ⅱ, 19～40岁)高于第三年龄组(Group Ⅲ, ≥41岁)的趋势。 这是因为处于19～40岁的男性是采矿冶炼等活动的主要参与者, 是As的易感人群, 具有较高的As暴露风险。 (5) 本文为矿区多介质的As污染研究和居民人体健康风险暴露和评估提供有力的依据。

氟罗沙星(FLRX) 是一种含氟喹诺酮类抗菌素, 有关它对人血清白蛋白(HSA)的影响及作用机理, 特别是对HSA二级结构的影响及内滤光(影响荧光数据的准确性)校正的研究报道较少。 采用多光谱法和分子模拟技术探究了FLRX 与HSA的相互作用。 荧光光谱结果表明, FLRX对HSA的猝灭是由于形成结合常数在105 L·mol-1水平上的1∶1 FLRX-HSA基态复合物引起的静态猝灭作用。 由Van’t Hoff方程确定的FLRX与HSA结合过程中的ΔH=-107.99 kJ·mol-1和ΔS=-240.99 J·mol-1·K-1, 表明FLRX与HSA之间的主要作用力是氢键和范德华力。 同步荧光光谱、 红外光谱和三维荧光光谱结果表明, 静态猝灭过程所产生的中间复合物使HSA的构象发生改变。 通过对HSA与FLRX作用前后红外光谱酰胺Ⅰ带进行傅里叶去卷积和分峰拟合, 获得代表HSA二级结构的不同子峰, 对各子峰进行二级结构归属, 根据各子峰的积分面积计算出各二级结构的相对百分含量。 结果表明: FLRX与HSA结合后, α-螺旋从51.5%减小到33.2%, β-折叠从30.3%减小到20.7%, β-转角从15.6%增加到33.6%。 取代实验显示FLRX与HSA的结合位点在HSA的site Ⅰ(亚域ⅡA)。 分子对接实验结果表明, FLRX可以通过氢键、 疏水作用和范德华力等多种作用力很好的结合在亚域ⅡA的疏水腔中。 实验获得的可信数据将有助于阐明FLRX与HSA的作用机制, 也有助于理解FLRX在储运过程中对蛋白质功能的影响。

全氟壬酸(PFNA)是在血清中检测到第三多的全氟烷酸类(PFAAs)新型有毒环境污染物。 目前PFNA对人血清白蛋白(HSA)结构甚至是功能的影响还处于起步阶段, 借助于多光谱、 分子对接和等温滴定微量热(ITC)技术研究了PFNA和HSA相互作用的结合机理。 所有荧光数据均进行了内滤光校正以获得更准确的结合参数。 荧光结果表明PFNA通过动静态猝灭方式可以猝灭HSA的内源荧光。 取代实验和分子对接结果表明, PFNA主要通过极性键、 疏水力和卤素键键合在HSA亚域ⅡA疏水腔中, 最佳对接自由能为-26.54 kJ·mol-1, 表明PFNA分子与HSA有较大的结合亲和力。 ITC表明两者的结合属于两类结合位点模型并给出了相应的热力学参数: 第一类结合位点有较大的亲和力, 属于焓驱动, 静电力和卤键作为主要驱动力； 第二类结合位点亲和力较小, 主要驱动力是疏水力。 三维荧光光谱揭示PFNA与HSA生成复合物后, 可以改变HSA的构象, 引起Trp和Tyr残基微环境疏水性增强。 圆二色谱(CD)定量测定了HSA与PFNA作用前后的二级结构含量: α-螺旋、 β-折叠和β-转角含量分别降低14.3%, 5.3%和3.5%, 无规卷曲含量从14.4%增加到37.5%。 以上结果表明, PFNA与HSA的结合可以改变HSA的二级结构, 进而可能影响HSA的生理功能。 结果阐述了PFNA与HSA相互作用机理, 并且为PFNA在体内的运输和分配提供了可靠的生物物理和生物化学的相关依据。

使用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)和原子荧光光谱法(AFS)分别对内蒙古自治区兴和县180名农村育龄妇女头发中21种矿物元素(铝, 硼, 钡, 钙, 镉, 钴, 铬, 铜, 铁, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 硒, 硅, 锡, 锶, 钛, 钒和锌)的含量及年龄、 生育史及饮食习惯等对其产生的影响进行了研究。 结果表明, 大多数矿物元素(硼, 镉, 铬, 钴, 铜, 铁, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 硒, 硅, 锡, 锶, 钛, 钒和锌)含量从青年组(18～29岁)到老年组(40～45岁)依次减少, 而中年组(30～39岁)的钙, 镁, 锰、 铅的含量最低。 生育二胎的妇女钙, 镁, 锰, 钼, 镍, 铅, 锡, 锶和锌含量最低, 这可能与生育次数的增加有关, 相关性分析证实钙, 铅和锡与生育史有显著性相关。 此外, 饮食习惯也会影响头发中矿物质元素的含量。 经常食用酸菜会导致锌, 铁, 铜, 锰, 锶含量水平较低, 但钼, 铅和硒含量水平较高。 而且, 锌和硒含量随肉类摄入频率增加而增加。 规律性摄入蔬菜会增加硅的含量。 同时, 经常食用水果会增加锰, 镍和钛的含量水平。 因此, 该研究为解决不均衡饮食习惯盛行的农村地区生育和妇女健康提供基础数据和有用的信息。

近年来育龄妇女矿物质缺乏的风险增加, 特别是农村地区妇女。 研究使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和原子荧光光谱法(AFS)测定内蒙古乌兰察布市兴和县健康育龄妇女头发中21种元素含量(Ca, Mg, Cu, Zn, Fe, Mn, Cr, Ti, B, Co, Mo, Si, V, Ni, Cd, Al, Pb, Ba, Sr, Sn和Se)。 结果显示, 21个元素的浓度水平明显地不同于文献报道的平均水平。 育龄女性存在微量营养素缺乏和有毒元素明显过剩的现象。 当地矿产及土壤种类导致镁和铝的含量较高而硒含量较低。 通过相关分析和逐步多元回归分析研究了元素间的相互作用, 性质相似的金属元素具有显著的相互作用, 且最强的是镁与钙、 铬与硼、 硅与铅、 锰与铅、 铁与锰。 研究地区镉、 铅没有显著的相关作用, 这可能与工业暴露少有关。 同时其他因素也影响元素在人体内的代谢水平。 多元回归分析发现: Ca＝f(Mg, Se)(Se为负相关, β<0), Fe=f(Cu, Mn, Ti), Zn=f(Ca, Se, Fe, Ni)(Fe, Ni为负相关, β＜0), Cu=f(Pb, Fe, Cd), Al=f(Mg, Pb), Se=f(Zn, Cr, Ca)(Ca为负相关, β＜0)。 这些参数可以用于研究生物体内不同元素之间的关系。 聚类分析法进一步对不同元素的来源进行分类, 结果表明该地铅暴露主要来源于自然环境。 研究结果将为改善农村地区育龄妇女宏观和微量元素水平提供可靠的依据, 同时, 也有助于制定更有效的提高妇女生殖健康和妊娠结局的策略。

全氟羧酸(PFCAs)由于具有既亲水又疏水的表面活性剂特性, 被广泛应用于工业和生活产品中。 全氟十一酸(PFUnA)和全氟十三酸(PFTriA)是长链PFCAs类的典型代表, 但近年来它们越来越频繁的在人体中检测到, 并且发现表现出内分泌干扰效应、 发育毒性和致畸性。 本文以光谱学和分子对接为基础, 探索PFUnA和PFTriA与人体最丰富的蛋白人血清白蛋白(HSA)的结合模式。 结果表明, PFUnA和PFTriA均通过动静态猝灭过程猝灭HSA的内源荧光, 与HSA只有一个强亲和位点, 且PFUnA与HSA的结合比PFTriA更紧密。 根据热力学计算结果, 可知PFUnA与HSA结合的焓变、 熵变分别为-26.32 kJ·mol-1和21.76 J·mol-1·K-1, 其结合作用主要依靠静电引力, 而PFTriA主要通过范德华力和卤键与HSA结合, 是放热熵减过程, 其焓变和熵变分别为-39.69 kJ·mol-1和-25.66 J·mol-1·K-1。 计算得到的结合距离(r<8 nm)显示从HSA到PFUnA和PFTriA发生了非辐射能量转移。 三维荧光光谱和圆二色谱表明, PFUnA和PFTriA与HSA的结合不仅可以改变HSA的构象和微环境, 还可以引起α-螺旋稳定性降低。 取代实验和分子对接进一步显示PFUnA 和PFTriA通过极性键、 疏水作用力和卤键等与HSA的亚域ⅡA疏水腔有高亲和性, 且荧光团Trp残基处于结合位置中, 进一步证明PFUnA和PFTriA可以猝灭HSA的荧光。 本文研究结果为阐明长链PFCAs在机体内与血清蛋白的结合机理提供了完整可靠的数据, 并为长链PFCAs的毒性评价和毒理学研究提供了理论依据。

酒石酸乙酰异戊酰泰乐菌素(ATLL)是一种新的大环内酯类兽用抗菌药, 研究ATLL与蛋白质的相互作用非常重要, 这直接与ATLL在体内的药效相关。 牛血清白蛋白(BSA)结构上与人血清白蛋白(HSA)同源, 因此, 常用它作研究药物与蛋白质相互作用的蛋白模型。 血液中有许多金属离子, 已有关于体内单一离子对药物与蛋白质相互作用影响的研究, 采用多光谱方法对ATLL与BSA相互作用及Zn2+和Cu2+的影响进行研究。 结果表明, BSA的荧光猝灭属于静态猝灭, Zn2+和Cu2+分别使有效猝灭常数降低和增大。 主要的相互作用力为氢键和疏水作用力。 ATLL改变蛋白质色氨酸和酪氨酸的微环境极性。 紫外光谱分析发现, Cu2+可能是通过Cu2+-ATLL复合物以金属离子架桥作用来影响ATLL与BSA的作用, Zn2+可能通过与ATLL的竞争作用结合BSA。 红外光谱分析表明, ATLL使BSA的β-折叠和α-螺旋结构向β-转角和无规卷曲转变。 这些基础数据有助于阐明在生理条件下, 有无Zn2+, Cu2+时ATLL与BSA的相互作用机制及金属离子在药物与蛋白质作用过程中对蛋白质功能的影响。

全氟十二酸(PFDoA)是8～12个碳链的全氟烷酸(PFAAs)中毒性最强的新型环境污染物。 已有大量研究表明PFAAs在环境中广泛积累, 但对PFDoA与HSA的相互作用还处于起步阶段。 本研究力争在模拟生理条件下, 采用荧光猝灭法、 分子模拟技术和圆二色谱确定HSA与PFDoA的相互作用机理。 研究结果表明, PFDoA对HSA的猝灭是动态猝灭与形成PFDoA-HSA基态复合物引起的猝灭共同作用的结果。 计算得到的结合距离(r=3.65 nm)表明, PFDoA(受体)与HSA(供体)之间的相互作用发生了非辐射能量转移。 取代反应结果表明, PFDoA键合在HSA的site Ⅰ位点上。 分子对接进一步研究了PFDoA与HSA作用的详细结合情况, 表明PFDoA通过多种作用力结合在HSA的亚域IIA内, 例如, PFDoA上的O 1原子主要通过极性键与HSA上的Arg 257和Ser 287残基结合。 计算得到的最优对接能量为-25.87 kJ·mol-1, 表明PFDoA对HSA有较大的结合亲和力。 同步荧光光谱和三维荧光光谱研究了PFDoA对HSA构象的影响, 结果显示, 与PFDoA结合后, 色氨酸的微环境疏水性增加, HSA的构象也发生改变。 PFDoA与HSA作用前后圆二色谱二级结构的定量分析结果表明, PFDoA-HSA复合物的形成使螺旋稳定性降低。 该研究结果为全氟烷酸与HSA的动力学研究提供了理论依据和可靠数据, 并揭示了生物大分子与配体相互作用的化学本质。

到目前为止, 关于水环境中重金属浓度和形态分布的研究有许多报道。 但是关于黄河上游, 特别是对黄河甘宁蒙段区域重金属的研究报道仍需进一步深入。 在相关研究工作的基础上, 使用HR-ICP-MS和BCR连续提取法主要对2011年丰水期黄河甘宁蒙段12个采样点表层沉积物Cd, Pb, Cr, V, Co, Ni, Cu和Zn重金属元素的含量, 形态和潜在风险进行测定与分析。 结果表明: 所有采样点各重金属元素含量顺序相同: Cr>V>Zn>Cu>Ni>Pb>Co>Cd, 与各采样点所在区域土壤中背景值相比, S5采样点Cd元素的含量水平最高(1.30 μg·g-1) 约为背景值(0.103 μg·g-1)的13倍。 通过Igeo对重金属进行污染评价, 结果显示S5采样点Cd元素为强污染水平(Igeo=3.08), 内蒙古段四个采样点(S1—S4)Cd表现为中强度污染水平, Igeo位于2.02~2.90之间; 此外, 富集因子(EF)评价结果发现, 研究区域表层沉积物中八种重金属均受到人为活动的污染。 根据潜在生态风险指数(RI)结果, S5和S3采样点为高生态风险, 其他采样点为中等生态风险。 BCR连续提取法结果显示Cd的有效性最高, 其次为Co和Ni, V和Cr有效性最低。 根据形态分析风险评估准则 (RAC), Cd在S1—S4采样点有高风险, 在S5采样点有很高风险; 而对于Ni和Co来说, 12个采样点中均表现为中等风险。 研究结果和结论可为相关政府部门提供重要的研究信息。