《Chemical Research in Toxicology》：Naphthalene-DNA Adduct Formation in a Lung Airway Explant Model: The Role of Bioactivation and Naphthalene Metabolites
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本研究利用小鼠和非人灵长类动物的肺气道外植体模型，系统探讨了环境污染物萘及其代谢物在肺组织中的DNA加合物形成过程，并阐明了细胞色素P450（CYP）酶系（特别是Cyp2abfgs亚家族）在其中的关键作用。研究发现，不仅萘的直接代谢物1,2-萘醌能形成大量DNA加合物，其前体、相对稳定的循环代谢物萘-1,2-二氢二醇同样具有DNA损伤潜力，这提示肝脏生物活化后产生的循环代谢物可导致远端组织（如肺）的遗传毒性。该研究为评估萘对人类潜在的遗传毒性风险提供了重要的实验依据。
引言
萘是一种普遍存在的环境污染物，被国际癌症研究机构（IARC）和美国环境保护署（EPA）分别归类为2B类和C类可能的人类致癌物。萘在吸入或摄入后，主要通过细胞色素P450（CYP）等酶代谢形成具有毒性的代谢产物，这些代谢物已知会损害肺上皮细胞。尽管已有研究表明萘具有肺细胞毒性，可能导致肿瘤形成，但关于其代谢物在肺部靶组织内形成DNA加合物的能力，信息仍然有限。DNA加合物的形成是化学物质引发基因突变和癌症的关键初始步骤，因此探究萘及其代谢物的遗传毒性作用机制，对于其人类健康风险评估具有重要意义。
本研究采用了一种创新的肺气道外植体模型。该模型从活体肺组织中显微解剖获得含有Club细胞（肺部萘毒性的主要靶细胞）的传导性气道组织，并能在体外维持其代谢活性长达一周。这为在保留体内复杂微环境的前提下，研究萘在肺部的直接效应提供了理想的平台。
实验方法
研究使用了野生型C57BL/6J小鼠和全身性敲除Cyp2a, 2b, 2f, 2g, 2s基因亚家族的Cyp2abfgs缺失型小鼠，以及食蟹猴的肺组织。气道外植体在含有放射性标记的14C-萘、14C-1,2-萘醌或14C-萘-1,2-二氢二醇的培养基中孵育1小时。孵育结束后，一部分外植体立即处理（T1），另一部分则转移至不含分析物的新鲜培养基中继续培养至24小时（T24），以监测DNA加合物的形成和持续性。随后，通过反复乙醇洗涤去除未结合的放射性物质，提取DNA，并利用加速器质谱法（AMS）对共价结合到DNA上的14C标记进行精确定量，以评估DNA加合物的水平。
结果
1. 细胞色素P450酶Cyp2abfgs亚家族的作用
研究首先验证了萘在气道外植体中形成DNA加合物的能力是否依赖于P450酶。结果显示，与野生型小鼠相比，Cyp2abfgs基因簇敲除的小鼠气道外植体在暴露于250 μM萘1小时后，其DNA加合物形成显著减少，在雄性小鼠中差异尤为显著（野生型：54.0 ± 18.4 加合物/108核苷酸；敲除型：12.9 ± 5.14 加合物/108核苷酸；P< 0.01）。这一结果证实了肺部特异性表达的Cyp2abfgs亚家族P450酶在萘的生物活化（形成萘环氧化物）及其后续DNA加合物形成中扮演了重要角色，尽管敲除并未完全消除加合物形成，提示可能存在其他CYP酶（如CYP2E1、CYP3A）的补偿作用。
2. 萘及其代谢物形成DNA加合物的能力与持续性
研究进一步比较了萘及其两个关键代谢物形成DNA加合物的效率和持久性。
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萘：在野生型小鼠气道外植体中，暴露于萘后1小时（T1）即可检测到显著的DNA加合物，并且在24小时（T24）后加合物水平仍然持续，未见显著下降。这表明萘诱导的DNA损伤在暴露后能够持续存在。
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萘-1,2-二氢二醇：这是一个相对稳定的代谢物。研究发现，在暴露1小时后（T1），其并未立即形成显著水平的DNA加合物；然而，到24小时后（T24），却在雌雄小鼠中均形成了显著的DNA加合物（雌性：117 ± 75.6 加合物/108核苷酸；雄性：102 ± 62.3 加合物/108核苷酸）。这一延迟形成现象表明，循环中的萘-1,2-二氢二醇可以进入气道细胞，并在暴露后的数小时内经历进一步的生物活化，最终生成能与DNA反应的物质。
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1,2-萘醌：作为一种高反应性的代谢物，1,2-萘醌形成DNA加合物的能力极强，其加合物水平（约1800-2520 加合物/108核苷酸）比萘或萘-1,2-二氢二醇高出24-58倍。并且，这些高水平的加合物在24小时后依然持续存在。
3. 物种间比较：小鼠与非人灵长类动物
为了评估研究结果对人类风险评估的相关性，研究比较了小鼠和食蟹猴气道外植体对萘的反应。结果显示，在暴露于250 μM萘后，非人灵长类动物气道外植体在T1和T24时间点均形成了显著的DNA加合物，且其水平与小鼠相当（例如在T24时，小鼠平均为77.8 加合物/108核苷酸，灵长类为129 加合物/108核苷酸）。更重要的是，与小鼠标本一样，灵长类动物中DNA加合物水平从T1到T24也呈现增加趋势，表明加合物在两种物种的肺部均具有持续性。这一发现强化了利用小鼠遗传毒性数据来评估人类风险的潜在价值。
讨论与意义
本研究首次在肺气道外植体模型中证实，萘诱导的DNA加合物形成部分依赖于Cyp2abfgs基因亚家族的P450酶。更重要的是，它揭示了稳定的、丰富的循环代谢物——萘-1,2-二氢二醇——同样能够在肺气道中导致DNA加合物的形成。这一发现具有重大毒理学意义，因为它支持了“跨器官生物活化”的可能性：即萘可能在肝脏等器官被初次代谢，产生的代谢物（如萘-1,2-二氢二醇）进入血液循环，随后在肺部等远端靶组织中被进一步活化，最终造成局部DNA损伤。考虑到人类肝脏是萘代谢的主要场所，这种循环代谢物介导的毒性途径在人类风险评估中需予以特别关注。
下游的高反应性代谢物1,2-萘醌被证实是极强的DNA加合物形成剂。其加合物不仅水平极高，而且具有持久性。值得注意的是，1,2-萘醌本身也是一种大气污染物，因此该结果也提示，直接吸入环境中的1,2-萘醌可能导致肺部DNA损伤。
研究还观察到不同小鼠品系（C57BL/6与B6C3F1）在形成DNA加合物的能力上存在差异，这可能与品系间I相生物活化酶和II相解毒酶（如谷胱甘肽水平）的差异有关。此外，外植体模型中观察到的DNA加合物持久性高于体内实验，可能反映了外植体缺乏全身血液循环，导致萘及其代谢物在局部组织中滞留时间延长，从而持续与DNA反应。
最后，非人灵长类动物气道形成DNA加合物的能力与小鼠相当，这一发现与先前基于离体肺微粒体代谢速率研究得出的“物种间存在巨大差异”的结论形成了对比。这表明，使用包含完整细胞结构和酶促反应级联的外植体模型，可能比单纯的微粒体活性测定更能准确反映人体气道在真实暴露场景下形成DNA加合物的总体能力。因此，在风险评估中，若仅关注物种间单一酶的活性差异，可能会低估或误判整体的遗传毒性风险。
总之，这项研究通过阐明P450酶的作用、揭示循环代谢物萘-1,2-二氢二醇的DNA损伤潜力、并证实DNA加合物在小鼠和灵长类动物肺部的持续存在，为萘可能通过遗传毒性机制（而不仅仅是细胞毒性）对人类健康构成风险提供了新的实验证据。这些发现强调，在评估萘的致癌风险时，必须考虑其代谢物在全身循环并在远端组织引发DNA损伤的可能性。未来研究需要进一步鉴定体内由不同萘代谢物形成的具体DNA加合物结构，并探究其修复动力学，以更全面地理解萘的遗传毒性作用模式。
