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外源性化学物致机体DNA损伤与修复的生物标志物研究进展
机体在面临外源性化学物威胁时,仍能维持遗传信息的完整性和稳定性的重要机制是DNA修复[1].外源性化学物暴露造成的细胞基因组不稳定性增高,是化学物暴露、机体代谢及DNA修复等相关机制共同作用的结果,也是肿瘤发生和发展的重要原因和表现[2].已有证据表明,DNA修复能力降低与正常人群散发肿瘤的危险性增高显著关联[3].正常人群的个体间DNA修复能力存在较大变异.因此,研究个体间DNA修复能力差异的遗传学基础,对于加深外源性化学物致癌机理的认识、发展生物标志物以及终提高肿瘤危险度评价的精度有重要意义.我们在扼要介绍DNA损伤与修复机制的基础上,重点介绍外源性化学物致机体DNA损伤和修复的生物标志物研究进展.
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DNA损伤和修复的生物标记物研究
DNA作为生命活动中重要的遗传物质,在维护机体的正常功能上有举足轻重的作用.由于DNA结构特点及半保留复制特性,DNA分子易出现损伤,引起细胞及机体损害.对DNA损伤的修复,则是机体抵御各种伤害的基础.DNA损伤和修复涉及人体生长、发育、衰老、疾病等所有方面.由于DNA结构微小,直接检测过于复杂和困难,利用生物标记物进行DNA损伤修复检测是可行的方法,也是危险性评价的重要方法.生物标志物是指生物系统内直接或间接与环境暴露相关的、可测量的生化、生理、细胞、免疫或分子变化,以及可测量的体液或房室中的代谢物水平[1].生物标记物显示了分子水平的暴露-效应关系. 在机体中,各种DNA损伤和修复机制均有各自特异性的因子和基因组,构成了各自的生物标记物.主要有以下几种:
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高效液相色谱-电喷雾串联质谱测定DNA氧化损伤标志物8-羟基-2'-脱氧鸟苷
8-羟基-2'-脱氧鸟苷(8-hydroxy-2'-deoxyguanosine,8-OHdG)是活性氧自由基(ROS)引起DNA氧化损伤修饰产物之一.8-OHdG可被机体特异性DNA修复酶剪切清除并经肾脏随尿排泄,其含量反映机体氧化损伤程度[1-4].因此测定机体8-OHdG含量可评估体内氧化损伤和修复程度,对研究衰老机制、癌发生机制、环境毒物等均有重要的意义.
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骨骼肌损伤和修复中炎症细胞因子作用的研究进展
骨骼肌损伤在高强度的运动训练,超过习惯性的活动或体力劳动中经常发生,骨骼肌损伤后的修复一直是运动医学界长期关注和研究的基础性问题,众多研究者从不同角度展开了多方面的研究,但许多机制性问题并未完全解决.新的研究发现,骨骼肌损伤后早期出现的炎症反应除了传统意义上的吞噬作用,对肌肉的修复起着重要作用[1].
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血糖异常、凋亡与心肌梗死
细胞凋亡( apoptosis )是指由于内外环境变化或死亡信号触发以及在基因调控下所引起的细胞主动死亡的过程,这一过程对消除机体内老化和具有潜在性异常生长的细胞,以及保持机体处于稳态(homeostasis)起着重要的作用[1]。研究发现,心肌细胞凋亡参与了心肌梗死( myocardial infarction , MI )后心室重塑、心力衰竭的一系列病理生理变化,心肌细胞凋亡是MI范围扩大的一个重要因素,不仅影响MI面积,而且诱导心肌重构[2]。葡萄糖代谢异常是MI的常见危险因素,对MI的预后具有重要影响。无论高血糖还是低血糖均可导致MI的死亡率增加,但其机制尚不十分明确,尤其是轻、中度低血糖[3-5]。由于细胞凋亡是各种疾病导致机体损伤和修复的重要细胞学机制之一,本文主要围绕细胞凋亡在心肌梗死中的作用及血糖异常对梗死心肌细胞凋亡的调节作用及其机制进行综述。
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DNA损伤和修复生物标记物的检测研究
DNA是生命活动中重要的遗传物质,易受各种因素的作用而出现损伤,导致DNA完整性的改变,引起细胞及机体损害.对DNA损伤进行修复则是机体抵御各种损害的基础.由于DNA损伤和修复的直接检测过于复杂和困难,一般需采用间接的灵敏可行的生物标记物法.生物标记物是指生物系统内直接或间接与环境暴露相关的、可测量的生化、生理、细胞、免疫或分子变化,以及可测量的体液或房室中的代谢物水平[1].DNA损伤修复的生物标记物可主要分为3种:特异性酶和代谢产物、特异性修复基因、DNA加合物[1,2].根据不同的生物标记物,可采用不同的检测方法.
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生长因子通过调节肠道细胞凋亡来参与肠道的损伤与修复
各种创伤引起肠道发生不同程度的炎症反应,生长因子在肠道的损伤和修复中起了重要的作用.凋亡是胃肠道细胞重要的死亡形式,EGF、FGF、TGF等多种生长因子可以从不同的途径(包括对肠道干细胞增生与凋亡的调控)促进或抑制凋亡的发生及进程,从而影响内脏修复的过程.随着对生长因子与肠道凋亡及修复研究的深入,有望将生长因子应用于临床治疗,从分子与基因水平上调控内脏的修复.
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内皮祖细胞与心血管疾病
血管内皮在心血管生物学的重要作用日益受到重视.动脉粥样硬化、血栓形成和高血压均存在内皮损伤,内皮损伤和修复的平衡在减少心血管事件方面起到至关重要的作用.然而成熟内皮细胞的再生增殖能力有限.因此循环内皮祖细胞(endothelial progenitor cells,EPCs),特别是其在维持内皮完整性和内皮功能及出生后血管新生方面的作用,越来越受到关注.其他相关研究也为临床EPCs应用的可能性提供了依据.事实上很多证据表明在心血管疾病和相关致病危险因素存在时内皮祖细胞的可用性降低,功能受损.本文主要对内皮祖细胞的临床相关研究结果及其在心血管疾病的治疗前景作一综述.
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动脉粥样硬化内皮祖细胞介导的损伤修复假说
动脉粥样硬化(AS)所致的心脑血管疾病是当今严重危害人类生命健康的疾病之一,其发病率和死亡率均居各种疾病之首.AS的发病机理学说甚多,试图从不同角度来阐明,诸如脂质浸润学说、血液动力学学说、癌基因学说、感染学说等,但他们都各自强调病因的某一侧面.经过近百年不懈的努力,多数学者认为,AS是环境和遗传诸因素间一系列复杂作用的结果,内皮损伤是AS的始动过程,多种危险因素通过对内皮细胞的损伤而启动或加重AS的病理过程,而动脉血管的损伤和修复平衡可能决定AS的进展和程度,尽管某些具体过程有微小的改变,而动脉损伤反应假说仍然是正确的[1-2].
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IL-6在骨骼肌损伤和修复中的作用
细胞因子是由免疫细胞或非免疫细胞合成分泌的能调节细胞生理功能、介导炎症反应、参与免疫应答和组织修复等多种生物学效应的小分子多肽或糖蛋白.白细胞介素-6 (interleukin-6,IL-6)是重要的细胞因子之一,生物学功能非常广泛,参与机体组织细胞的生长、分化和功能调节.作为重要的细胞免疫因子之一,IL-6在炎症反应中激活与调节免疫细胞,介导T、B细胞活化、增殖和分化.越来越多的研究发现,在骨骼肌损伤和修复过程中,IL-6除了介导损伤后的免疫反应,更重要的是与损伤修复相关.同时,除了炎症细胞,骨骼肌细胞也能分泌IL-6,肌源性IL-6在骨骼肌损伤和修复中的生肌调节作用不容忽视.
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巨噬细胞在骨骼肌损伤和修复中的作用
巨噬细胞根据微环境的不同,表现出不同的表型,执行不同的功能.骨骼肌损伤和修复过程中,M1型巨噬细胞有促进组织损伤和清除碎片的作用,M2型巨噬细胞起到促进组织修复的作用,但发挥上述作用的机制尚需进一步研究.
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TNF-α与骨骼肌损伤和修复
肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor,TNF)是一种能使肿瘤发生坏死的物质,主要由内毒素激活单核/巨噬细胞产生,是启动抗菌炎症反应的关键细胞因子[1].长期以来,动物及人体实验均发现,慢性感染、肌萎缩、恶病质和杜氏肌营养不良等消耗性疾病以及正常的衰老进程中,血液TNF-α水平和/或骨骼肌TNF-α表达增多并伴随骨骼肌丢失[2-4],因此,传统观点认为TNF-α是一个负性调节因子,但近年来有研究发现,肿瘤坏死因子中的TNF-α能通过p38MAPK和NF-κB信号途径影响肌肉再生过程,对骨骼肌的损伤和修复可能起到重要的调节作用.
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香烟烟雾提取物对猪气道上皮细胞β-连环素及酪氨酸磷酸化的影响
据<中华医学杂志>2001年4月81卷第7期报道华中科技大学同济医院病理学教研室陈芳等教授,为观察香烟烟雾提取物(CSE)和酪氨酸激酶抑制剂(tyrophostin 25)对气道上皮细胞(AEC)酪氨酸磷化程度、细胞Src蛋白(c-Src)及β-连环素(β-cat)表达的影响,探讨细胞酪氨酸磷酸化程度及β-cat在吸烟致AEC损伤和修复中的作用及调控机制,体外培养猪AEC,将培养细胞分成3组:N组加无血清培养基,C组在无血清培养基上分别加CSE,CT组加tyrophostin 25及CSE.
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彗星荧光原位杂交技术在检测特定基因损伤与修复中的应用
彗星荧光原位杂交技术(fluorescence in situ hybridization in combination with the Comet assay,Comet-FISH)是彗星试验(Comet assay,又称单细胞凝胶电泳)和荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization,FISH)技术的结合,是一种在单细胞水平上检测特定基因损伤和修复的有效方法[1].
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氯化镉对脾淋巴细胞DNA链损伤和修复的体外实验研究
镉(Cadmium,Cd)具有遗传毒性,1994年被国际癌症研究会(IARC)定为Ⅰ级致癌物,即人类致癌物.镉的致癌作用与其损伤DNA和影响DNA的修复有关[1].已知无机镉(CdCl2)可损害机体的免疫系统,可能是DNA的损伤导致淋巴细胞功能下降.因此 ,应用脾淋巴细胞进行DNA损伤和修复能力的检测,对探讨镉免疫毒性作用的分子生物学机制具有重要意义.
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重视胃肠道癌前病变和癌前疾病的诊断
癌前病变(precancerous lesion)是一个组织病理学概念.它是由良性病变向恶性病变过渡的一个移行阶段,是癌肿发生过程中的前阶段,是一个非特异阶段.在这个阶段有细胞退化和增生,有DNA的损伤和修复,甚至出现一些欠缺.癌前病变与癌有质的不同,它是可逆的.
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间充质干细胞在风湿性疾病修复治疗中的研究进展
在风湿性疾病中,关节损伤和修复之间的平衡决定了关节炎的结局,修复过程失败就会导致关节破坏以及终的功能残疾.因此,组织修复成为一个重要的治疗目标.
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TNF-α及其受体在尘肺病中的作用
尘肺病是由于长期吸入生产性粉尘(主要包括矽尘、石棉尘、煤尘等)并在肺内潴留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病.从其病理演变进展过程来看,它是一种由促炎症反应和促纤维细胞因子介导的纤维性肺泡炎(FA),其特征为长期慢性肺泡炎和间质性肺纤维化[1],是一个反复损伤和修复并存的过程.粉尘经呼吸道吸入后,大部分经纤毛和黏液排出体外,少部分沉积于肺内,被肺内单核-巨噬细胞吞噬.巨噬细胞是尘肺发病过程中的重要因素.肺泡巨噬细胞、肺间质细胞及上皮细胞被激活后释放促炎症反应因子,如肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素1(IL-1)、白细胞介素6(IL-6)和其他细胞因子,导致炎症反应.在这些细胞因子中,TNF-α在炎症和纤维化反应中具有决定性作用[2,3].现将TNF-α在尘肺病中的作用综述如下.
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单细胞凝胶电泳技术在职业和环境医学生物监测中的应用
单细胞凝胶电泳技术Single Cell Gel Electrophoresis,SCGE)是由Osting和Johanson首先提出,后经Singh等进一步完善的,在单个细胞水平上检测DNA损伤和修复的方法。其基本原理是:包埋在琼脂凝胶中的细胞在中性或碱性条件下经裂解与解螺旋后,如果细胞未受损伤,电泳时DNA因其分子质量大停留在核基质中,经荧光染色后呈圆形的荧光团,无拖尾现象。若有DNA损伤,在碱性电泳液中,先是DNA双链解螺旋且碱变性为单链,单链断裂的碎片因分子质量小可进入凝胶中,带负电荷的DNA游离断片在电泳时向阳极伸展,在荧光显微镜下,细胞核形成一个亮的头部和尾部,形似夜空中的彗星,故又称彗星试验(Comet Assay)。细胞核DNA受损愈严重,产生的断链或易变性断片就愈多,其断链或断片也就愈小。在电场作用下迁移的DNA量多,迁移的距离长,表现为尾长增加和尾部荧光强度增强,通过测定迁移部分的光密度和迁移长度就可定量测定单个细胞DNA损伤程度。与测定DNA损伤的传统方法相比较,SCGE具有以下优点:(1)SCGE能够对单个细胞的DNA损伤进行研究,避免了只能对细胞群体的DNA改变进行检测的不足;(2)使用范围广泛,可检测各种类型的组织、细胞,如脱落的人颊粘膜细胞、人白血病K562细胞、鱼的红细胞、植物种子细胞等,其中常用的是人外周血淋巴细胞;(3)简便,快速(一个工作日可完成),样品量少(一般只需几千个细胞),无需放射性标记;(4)敏感性高,可检测出0.1个DNA断裂/10-9道尔顿,在检测DNA断裂损伤方面,具有高度灵敏性,比目前已知的各种细胞水平的致突变方法如Ames、微核试验等更加敏感[1]。近十年来,该技术已广泛应用于遗传毒理学、放射生物学、药物筛选、肿瘤细胞生物学、衰老和细胞凋亡机制、人群流行病学调查等领域,研究各种有核细胞经受试验诱导的DNA损伤和修复[2]。该方法在职业医学中已得到广泛应用,在环境遗传毒物监测中的应用也有报道,本文就SCGE在职业医学及环境生物监测中的应用现状作一综述。
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病毒性肝炎患者血清脂质过氧化物酶水平的测定
目前测定血清中脂质过氧化物反应的终代谢产物丙二醛(MDA)的含量可反应机体受自由基损伤的程度,特别是对病毒性肝炎患者,可作为监测其肝细胞损伤和修复的指标之一.本研究通过硫代巴比妥酸光电比色法测定急性肝炎、慢性迁延性肝炎、慢性活动性肝炎患者血清MDA水平的变化,以判断其预后.