1 砷对健康的影响和危害
1.1 对动物健康的影响和危害：由于砷在自然界中存在广泛，能被动物摄入体内，主要通过植物性食物、饮用水和空气及服用含砷的药物进入生物体内。在砷污染地区比非污染区地区动物中砷的残留量要高的多〔1〕。Groen等〔2〕动物实验表明：三价砷能明显抑制丙酮酸氧化酶的活性，影响了能量代谢中氧化碳水化合物过程；同时反映三羧酸循环强度的琥珀酸脱氢酶的活性也受到抑制。砷也能使柠檬酸循环中的酶系统失去活力，从而使脂肪的氧化和代谢发生障碍。实验还表明，较高浓度的砷能抑制机体的免疫功能。格内尔等人报道砷能增加动物对病毒的易感性，并认为这可能与砷对干扰素的抑制作用有关。用含砷0.5 mg/L水喂养小白鼠3周后，小鼠产生了明显的免疫抑制效应，最后导致中毒死亡。另外在奥斯沃尔德等实验中，与对照组比较，增加了淋巴细胞白血病及淋巴组织瘤的发生率。通过给大鼠气管滴注砷制剂，诱导出支气管腺癌和支气管肺泡细胞癌。用全鼠胚胎培养技术研究亚砷酸钠(1～40 mmol/L)和砷酸钠(10～40 mmol/L)对小白鼠胚胎器官发育的中毒作用，其结果是34 mmol/L的三价砷具有致畸作用，剂量更高时有致死效应；五价砷的中毒作用与三价砷相似，但其浓度比三价砷高10倍。两种砷化物所致生长障碍和发育缺陷主要表现在颅骨长度、头径和卵巢直径减少，前脑缺陷，心包积水等发育障碍。李勇〔3〕为了进一步揭示砷的致畸性，胚胎毒性和作用机制，采用胚胎活体染色和原位DNA末端标记等技术探讨了不同剂量砷是否诱导9.5 d龄大鼠的胚胎细胞发生凋亡及其凋亡与胚胎形成的关系，结果表明：砷的浓度与畸胎率和死亡呈明显的剂量—效应关系。活体染色发现在胚胎脑、眼、体、节肢芽等部位出现大量散在的凋亡细胞，与畸胎发生部位相一致。原位DNA末端标记进一步证实砷能诱发器官形成期胚胎细胞凋亡。凋亡与畸胎发生关系密切，这是砷致畸作用的重要机制之一。
1.2 砷对人体健康的危害：砷中毒是一个以皮肤损害为主的全身性疾病，它可以危害人的皮肤、呼吸、消化、泌尿、心血管、神经、造血等系统，按其发病过程可分为急性和慢性中毒。急性砷中毒多为大量意外地砷接触所致，主要损害胃肠道系统、呼吸系统、皮肤和神经系统。表现症状为疲乏无力、呕吐、皮肤发黄、腹痛、头痛及神经痛，甚至引起昏迷，严重者表现为神经异常、呼吸困难、心脏衰竭而死亡。慢性砷中毒主要反映在皮肤、头发、指(趾)甲和神经系统方面，显示于皮肤干燥、粗糙、头发脆而易脱落，掌及趾部分皮肤增厚，角质化，在神经系统方面表现为多发性神经炎，如感觉迟钝，四肢端麻木，乃至失知感，行动困难，运动失调等。除了人类活动引起砷中毒以外，也有不少由原生环境地球化学异常而引起砷中毒(地方性砷中毒)，如我国台湾省台南县于1961年发生砷中毒现象，开始表现为掌趾角质化，甚至在手背、足背有明显角质化疹、疣，且密集分布，最后发育成鳞癌(乌脚病)，皮肤癌患病率为16.6%，男女之比2.9∶1，皮肤癌发生随着年龄增加而增加，50岁以上人数占74.6%。主要是由于当地居民长期饮用高砷地下水(0.1～0.18 mg/L)导致的〔4-6〕。此外我国内蒙古、新疆、阿根廷〔7〕也有类似报道。津甲秀敏等的研究结果表明：日本新泻县居民从1950年起饮用砷污染的水源(＞1.0 mg/L)，9 a后诊断为慢性砷中毒，28 a后发现有食管癌、肝癌、胃癌、肺癌等病例。文献〔8〕的调查研究提示：随饮用水中无机砷摄入增加，癌症发生的危险性明显增高。我国吴岩等〔9〕对内蒙古呼和浩特市只几梁铁门更地区饮用高砷水所致慢性砷中毒的居民进行皮肤损伤的组织学研究，光镜所见基底细胞黑色素颗粒增多，棘细胞增生和萎缩交替出现。电镜观察病变基底细胞内的黑色素颗粒明显增多，棘细胞层内强力细丝清晰可见。桥粒改变显著，出现桥粒增大，明显变长，桥粒中线加宽并加长。这表明皮肤是砷的蓄积处之一，砷的蓄积可诱发皮肤损伤和癌变。台湾省一项研究表明一生中摄入砷总量为20 g左右时，可能引起皮肤癌的患病率为6%。内蒙古张玉敏等〔10〕对砷中毒病区常住居民793人进行了分析，结果表明：砷中毒患病率与饮水砷浓度呈正直线相关关系(r=0.96，P＜0.005)。对皮肤损害患病率与总砷摄入量进行相关分析，二者呈正直线相关关系(r=0.683，P＜0.05)。随着饮水砷浓度的增加，皮肤损害的潜伏期在逐渐缩短，最短潜伏期为1.5 a；皮肤癌发生的平均潜伏期为30.3 a。但砷的致癌机制至今未清，有的学者认为砷可能作为致癌过程中的危害因素，而不是一个直接致癌物质，也有的学者提出“复合致癌因子”的学说。
2 砷致癌机制的研究进展和现状
2.1 砷在体内的代谢：无机砷进入人体进行四基化作用，主要代谢产物为一甲基砷酸和二甲基砷酸，并从尿中排出，随着无机砷摄入量的增大，人体对砷的甲基化负荷也就愈大。砷的生物甲基化代谢主要是通过(S-腺苷甲硫氨酸，S-adenosyl-methionine,SAM)作为甲基供体，并由DNA甲基转移酶(methyltransferase,mtase)将甲基转移至胞嘧啶环的第5个碳原子上，以使DNA甲基化类型高度保真地复制，从而维持细胞表型和遗传的稳定性〔11〕。Dtyblo等〔12〕研究指出，As3+还原成As5＋的步骤可能为砷甲基化代谢的限速步骤。砷通过甲基化而降低其急性毒性，但是是否增加基因毒性作用?很少有资料报道。
2.2 砷的基因毒作用：砷不是特异的致突变剂，不能诱发基因的点突变；但砷能诱发细胞染色体畸变，姐妹染色单体互换和微核的增加等DNA结构损伤的细胞学后果〔13〕，日本的Yamauch等〔14〕对摄取三氧化二砷引起的急性砷中毒的毒理学研究结果发现：成人急性砷中毒病人尿中DNA损伤的产物(8-羟-2去氧鸟苷，8-HodG)可被测定。摄入三氧化二砷后引起体内DNA损伤，使尿中8-HodG水平显著增加。还观察到体内砷几乎都从体内排出，仍有持续DNA损伤。然而，尿中DNA损伤的产物水平在6个月后恢复正常。尿中8-HodG水平的测定能有效的评价砷暴露引起DNA损伤。段志刚等〔15〕为了解体内细胞DNA的损伤作用及其机制，采用单细胞凝胶电泳技术对小鼠骨髓细胞DNA断裂进行了分析，结果表明，高剂量的砷在小鼠体内对骨髓细胞DNA有损伤作用，并可诱发DNA-蛋白质交联，而低剂量的砷可影响DNA对其他诱变剂的敏感性。砷对DNA没有直接损伤效应，但有报道砷可造成DNA单链断裂。台湾省的Lynn研究了砷对于人血管平滑肌细胞的DNA完整性的影响，结果提示：亚砷酸盐激活NADH氧化酶产生超氧化物，然后致DNA氧化损伤。Forance等〔16〕采用碱洗脱法分析DNA单链断裂，结果提出砷可使中等水平的DNA单链断裂。Rossman等〔17〕将具有不同修复功能的大肠杆菌依赖RecA的DNA复制后修复有抑制作用。Okri等〔18〕对三价砷(As2O3)和五价砷(Na2HAsO4)在正常人纤维细胞经RV照射以后DNA修复中的效应进行了研究，结果表明砷可致DNA修复作用的抑制。Lee等〔19〕研究表明砷对DNA合成的刺激作用导致基因的扩增。砷的致癌作用可能是通过癌发生相关基因(如癌基因，抑癌基因)扩增而实现。郭晓娟〔20〕采用免疫组织化学方法检测慢性砷中毒皮肤角化损伤中bcl-2蛋白，p53基因和增生细胞核抗原(PCNA)的表达。结果：PCNA阳性率为57.1%。提示慢性砷角化皮损中表达细胞增生活跃。可能是慢性砷角化皮损演变为皮肤癌的重要病理基础之一。在肿瘤的演变和发展过程中细胞的异常增生及细胞凋亡的抑制均发挥一定作用。另外，砷至少影响5种基因的表达：热休克蛋白、亚铁血红素氧化酶、角朊、金属硫蛋白和多药耐药基因〔21〕。
2.3 砷对细胞缝隙连接间通讯(GJIC)的影响：GJIC是细胞的重要生理过程，对细胞的正常增生分化和代谢功能起着重要的调节作用〔22〕。许多资料表明，抑制GJIC可引起细胞生长调控失常。因此，一些学者提出以GJIC的检查作为检测非致突变性致癌剂的一个有效手段〔23〕。姚碧云等〔24〕利用V79细胞代谢协同实验探讨了亚砷酸钠和砷酸钠对GJIC的影响。研究结果显示：亚砷酸钠可明显抑制V79细胞间的代谢等协同，在低浓度(0.008～0.2 μmol/L)范围内，其抑制作用呈剂量—反应关系。砷酸钠对V79细胞的代谢协同亦能产生抑制作用，但剂量反应关系不明显。此研究提示抑制细胞缝隙连接间通讯可能是砷的一个重要致癌机制。邓芙蓉等〔25〕研究亚砷酸对人皮肤成纤维细胞缝隙连接通讯的影响发现：亚砷酸可显著抑制人皮肤成纤维细胞GJIC，在0.005～5.0 μmol/L浓度范围内有明显的剂量反应关系。结果表明：亚砷酸对GJIC的抑制作用可能是其对细胞的早期特异作用，提示砷可能主要在癌症发生的促长阶段起作用。
2.4 砷致癌的细胞型特异性：台湾省的Guo〔26〕研究发现饮水中高浓度的砷与男、女性的膀胱、肾脏、输尿管和所有尿道的移行细胞癌的总和具有相关性。男性的膀胱腺癌也存在这种相关性。在皮肤的基底细胞癌和鳞癌中也看到了这种相关性，而在恶性黑色素瘤中却没有发现。在肺的鳞癌中也看到了类似的相关性，但在腺癌中却没有发现。多兰等〔27〕对地方性慢性砷中毒患者进行了砷性皮肤活检，发现砷性基底细胞上皮癌(BBC)占皮肤恶性肿瘤的60.0%。结果提示，砷的致癌作用是有细胞型的特异性的。
综上所述，砷化合物的致癌机制是一个相当复杂的过程，致癌性已为大量的流行病学资料所证实，但关于砷的致癌性还未建立理想的动物实验模型，其致癌机制还有待于进一步研究。
Glan[词典][地名] [菲律宾] 格兰[地名] [奥地利、德国] 格兰河[地名] [瑞典] 格兰湖
[例句]Results: All cases showed PCNA positive expression but positive intensity and the positive rate correlated with the cell differentiation of parotid glan.
结果：PCNA在正常腮腺组织、腮腺多形性腺瘤及腮腺腺样囊性癌中呈阳性表达，但PCNA表达阳性率及强度与腮腺细胞分化程度相关；
在被子植物的生活史中,孢子体世代(二倍体世代)与配子体世代(单倍体世代)交替出现,这种现象被称为世代交替。孢子体生长发育形成配子体。雌雄配子体发育成熟后,通过双受精作用,来自花粉中的两个精细胞分别与卵细胞和中央细胞结合,形成受精卵(合子)和初生胚乳细胞,进入孢子体世代。合子经过一系列的分裂与分化最终形成成熟胚胎,而初生胚乳细胞经过一系列分裂形成合胞体胚乳,经细胞化产生胚乳,在拟南芥中,当胚胎发育至鱼雷期时胚乳降解。在胚胎和胚乳的发育过程中,伴随着一系列DNA复制过程,RFC复合体作为DNA复制的关键因子在胚胎发育过程中发挥功能。RFC复合体由不冗余的5个亚基RFC1/2/3/4/5组成。在人和酵母中,研究表明RFC复合体参与DNA复制、DNA修复与细胞周期调控等重要事件。由于RFC复合体在生命活动中的重要性,研究者们进行了大量的研究。目前在人和酵母中,RFC(Replication Complex C,复制因子C)复合体的结构与功能已经被研究得比较透彻,而在高等植物中,对RFC复合体基因功能研究较少。本实验室研究发现在拟南芥中At RFC1突变使减数分裂过程中DNA同源重组修复受阻,导致雌雄配子体发育异常At RFC4缺失使DNA复制受阻,最终导致胚胎和胚乳发育停滞。另有研究表明,At RFC3参与植物茉莉酸途径的应答,该基因突变使植物抗病性增强,该结果表明在拟南芥中RFC复合体各亚基除参与RFC复合体的形成外可能各自还有其独特的生物学功能。PCNA(Proliferation Cell Nuclear Antigen,增殖细胞核抗原)是真核生物中的DNA滑动夹,在DNA复制过程中起着非常重要的作用。在人和酵母中,研究显示PCNA参与了DNA的复制与修复,并且介导了细胞周期蛋白Cdt1的降解,防止DNA发生二次复制。在高等植物中,对于PCNA蛋白功能的研究未见报道。在拟南芥中,PCNA蛋白包含PCNA1和PCNA2两个蛋白,由于缺少对应的突变体,目前关于拟南芥PCNA1和PCNA2的生物学功能、二者的差异、互作关系及组成等均未见报道。因为RFC3和PCNA滑动夹在DNA复制过程中的重要性,且关于它们在高等植物中生物学功能的报道较少,因此本实验室对拟南芥RFC3基因、PCNA1及PCNA2基因展开了研究。本研究以拟南芥rfc3突变体和RFC3基因过表达植株为材料,利用启动子序列分析、胚珠透明、花粉染色等生物信息学、遗传学、细胞生物学、分子生物学方法,研究了rfc3突变体和RFC3过表达植株的表型,并构建了PCNA1和PCNA2的基因编辑载体,通过浸花转基因获得了转基因植株。获得的主要结果如下:1.采用三引物法对rfc3突变体基因型组成进行鉴定,未发现纯合的rfc3突变体植株,仅获得杂合体植株,进一步对rfc3突变体的角果表型进行观察并统计败育率,发现杂合突变体角果中白色败育胚珠的比例为24.92%,该比例符合隐性突变纯合致死的比例,表明RFC3纯合突变可能导致胚胎败育。为了明确败育的原因,对拟南芥rfc3杂合突变体的的胚珠进行透明观察,观察发现,胚乳游离核数目的减少开始于伸长合子时期,进一步研究发现其败育胚珠中胚胎最终停滞在2/4-细胞时期,并且胚乳游离核数目显著减少统计了1-细胞时期拟南芥野生型与rfc3突变体中异常胚珠的胚乳游离核的数目,此时野生型胚珠内平均含有17.45个胚乳游离核,而纯合突变胚珠内平均仅含有5.22个胚乳游离核。以上结果表明,RFC3基因纯合突变同时影响了胚胎与胚乳的发育,最终导致了种子败育。2.获得了4个35S::Venus-RFC3转基因株系,并用于后续的研究。对拟南芥转基因植株进行观察,发现转基因植株中胚珠部分败育。野生型的胚珠败育率为1.82%。在RFC3OE3-1的胚珠败育率为13.79%,RFC3OE4-1的胚珠败育率为9.79%,RFC3OE6-2株系的胚珠败育率为6.56%,RFC3OE9-1的胚珠败育率为1.99%。暗示转入35S::Venus-RFC3质粒可能是引起这些植株中胚珠败育的原因。对RFC3过表达植株花粉进行染色,发现各个株系中花粉有不同程度的败育。采用碘-碘化钾对各个过表达株系花粉进行染色,并统计花粉的败育率。野生型花粉的败育率为6.99%。转基因植株RFC3OE3-1花粉败育率为12.57%,RFC3OE4-1的败育率为14.69%,RFC3OE6-2的败育率为5.90%,RFC3OE9-1的败育率为6.14%。推测转入35S::Venus-RFC3质粒可能是引起这些植株中花粉败育的原因。对RFC3过表达植株中的可育胚珠进行观察,发现在过表达植株RFC3OE3-1和RFC3OE4-1两个株系中胚胎发育进程明显快于野生型,在RFC3OE6-2和RFC3OE9-1两个株系中,发育进程则与野生型相似。以上结果表明,转入35S::Venus-RFC3质粒可能是引起这些植株中胚胎发育进程加快的原因。3.对人类、线虫、酵母、拟南芥和水稻等18个物种中PCNA蛋白进行了序列比对和进化树分析,发现其在各个物种中PCNA蛋白质的氨基酸序列均比较保守。并且在一些植物中与拟南芥一样存在两种PCNA蛋白,而水稻中仅有一种,表明不同物种中PCNA蛋白的数目具有一定的差异。对拟南芥PCNA1和PCNA2的启动子进行分析,发现在拟南芥PCNA1启动子上含有E2F家族转录因子结合位点,PCNA1可能受到E2F家族转录因子的转录调节。同时,在PCNA1的启动子上找到了逆境响应元件,暗示PCNA1可能参与植物的逆境响应。在PCNA2启动子上含有在细胞周期M期表达的启动子元件,在PCNA1的启动子上未发现该元件,暗示PCNA2基因可能在细胞周期中发挥作用。4.构建了PCNA1-CR、PCNA2-CR和PCNA1/2-CR基因编辑载体,采用浸花转基因技术分别获得了5株PCNA1-CR转基因植株、9株PCNA2-CR转基因植株及6株PCNA1/2-CR转基因植株。对它们进行转基因背景鉴定并测序,但并未发现在靶位点上编辑的转基因植株,表明将需要进一步展开转基因研究欢迎分享，转载请注明来源：优选云
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