目的:苯并[a]芘是一种五环多环芳香烃,为Ⅰ类致癌物。苯并[a]芘也是香烟中主要致癌成分,呼吸道是其主要暴露方式。对香烟中苯并[a]芘造成的健康风险进行量化评估是重要的公共卫生需求。传统毒理学风险评估方式依赖动物实验,存在周期长、通量低、花费多、无法完全外推到人类、受动物福利和伦理限制等缺陷;近年出现“21 世纪毒性测试策略”(The strategy of toxicity testing in the 21stcentury,TT21C)则具有快速预测外源化学物对人体毒性早期事件的特点,在化学物毒性测试和风险评估方面具有越来越重要的应用价值,但预测过程的合理性和预测结果的可靠性还需要在实际应用中检验和改进。因此本研究基于苯并[a]芘染毒人源性支气管上皮细胞转录组测序和生物信息学分析结果,建立香烟中苯并[a]芘致肺癌毒作用模式(Mode of Action,MOA)框架,研究苯并[a]芘致肺癌的早期关键事件机制,评估香烟中苯并[a]芘健康风险,一方面为全面评价吸烟健康危害提供资料,.另一方面为评价“21世纪毒性测试策略”的有效性、可靠性、实用性积累资料。方法:(1)苯并[a]芘经呼吸道暴露致肺癌MOA假设:采用文献综述法,使用比较毒理基因组学数据库(Comparative Toxicogenomics Database,CTD)筛选出与苯并[a]芘经呼吸道暴露有关的基因和表型,进行KEGG通路富集分析,取前十条通路进行后续分析。同时,对苯并[a]芘染毒的人支气管上皮细胞(BEAS-2B,HBE135-E6E7)和相应未染毒组细胞进行转录组测序和差异表达分析,结合差异分析结果和富集分析结果确定苯并[a]芘经呼吸道暴露的主要扰动基因和主要毒性通路。基于毒性通路分析,建立由分子起始事件(Mode of action,MIE)和关键事件(Key event,KE)构成的MOA假设,并依据Bradford Hill原则对MOA假设进行定量证据权重(Weight of evidence,WoE)评估。(2)通过细胞体外实验验证关键事件:根据第(1)部分建立的MOA假设中确定的分子起始事件和关键事件,采用CCK-8法检测苯并[a]芘染毒对正常人支气管上皮BEAS-2B细胞和HBE135-E6E7细胞活性的影响、qPCR 检测CYP1A1基因mRNA表达量、DCFH-DA荧光探针法检测细胞活性氧(Reactive oxygen species,ROS)生成量、ELISA法检测细胞8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-2 deoxyguanosine,8-OHdG)释放浓度。通过实验验证MOA假设中的早期关键事件的发生,从而证明建立的MOA假说成立,进而得出苯并[a]芘的有害健康结局。(3)香烟中苯并[a]芘对人群健康影响的量化评估:针对第(2)部分实验验证的MOA模式预测的香烟中苯并[a]芘健康危害结局,进行人群文献资料验证。采用中国人群主动吸烟所致疾病风险meta分析,分析中国人群主动吸烟所致疾病种类及其相对风险。再结合香烟烟雾中平均苯并[a]芘含量和国家环境空气质量标准规定的苯并[a]芘日均暴露限值,计算得出吸烟者每日吸烟额外摄入的苯并[a]芘量占苯并[a]芘日均暴露限值的比例,以此为依据评估香烟中苯并[a]芘对人群健康的影响,与MOA模式预测结果进行比较,进一步验证“21世纪毒性测试策略”的可靠性、准确性和实用性。结果:(1)建立苯并[a]芘经呼吸道暴露致肺癌MOA假设:根据系统文献综述、转录组测序和生物信息学分析结果,确定了苯并[a]芘通过呼吸道暴露的主要靶器官为肺,效应终点为肺癌,并建立了如下MOA假设:MIE为苯并[a]芘激活肺部芳香烃受体(Aromatic hydrocarbon receptor,AhR),关键事件一(KE1)为CYP1A1上调启动苯并[a]芘代谢,关键事件二(KE2)为苯并[a]芘代谢产物二羟环氧苯并芘(Benzo[a]pyrenediol-epoxide,BPDE)致氧化应激,关键事件三(KE3)为DNA氧化损伤。定量证据权重评估本MOA框架评分为75,显示此MOA可靠性良好。(2)体外细胞实验验证关键事件:体外细胞实验结果显示,苯并[a]芘暴露可导致人支气管上皮细胞(BEAS-2B和HBE135-E6E7细胞)的CYP1A1表达量升高、ROS生成量增加、细胞DNA氧化损伤。体外实验结果与苯并[a]芘暴露经呼吸道暴露致肺癌MOA框架相符,关键事件正确可靠。(3)量化评估香烟中苯并[a]芘致肺癌风险:调查发现近十多年来不同品牌香烟的平均苯并[a]芘含量,约为9 ng/支。我国国家环境标准《环境空气质量标准》规定苯并[a]芘日均浓度限值为0.01μg/m3,结合成人每日通气量计算可得,成人每日苯并[a]芘暴露
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