1、生物地球化学性疾病研究进展,Research Progress on Biogeochemical Disease,预防医学研究的主题,人与环境,人是环境的产物，组成人体的物质都是来自其环境在自然界，目前已知天然存在的化学元素有92种，而在人体内已发现了81种英国地球化学家Hamilton测试220名英国人血液和地壳与海水的化学组分及其含量，发现其具有明显的丰度相关 人体的化学元素组成，在种类和含量上都与地壳表层的元素组成密切相关,生物地球化学性疾病,由于地壳表面化学元素分布的不均匀性，使某些地区的水、土壤、植物和煤中等介质个别元素含量过多或过少，使当地的人或动物从外环境中获得的某种元素的量超
2、过或不能满足机体正常的需要量所引起的特异性疾病，称生物地球化学性疾病（biogeochemical disease） 由于这类疾病的发病特点具有明显的地区性，故又称为地方病（endemic disease） 某些在特定地域内经常发生并相对稳定，与地理环境中物理、化学和生物因素密切相关的疾病 endemic disease,地方病,化学元素性地方病（生物地球化学性疾病） 病因为环境介质中某种（些）元素或化合物过多、不足或比例失常，再通过食物和饮水作用于人体所致的疾病自然疫源性地方病（传染病） 病因为微生物和寄生虫，是一类传染性的地方病，包括鼠疫、布鲁鼠疫、布鲁氏菌病、乙型脑炎、森林脑炎、流行性出
3、血热、钩端螺旋体病、血吸虫病、疟疾、黑热病、肺吸虫病、包虫病等,生物地球化学性疾病分类,元素过多型元素缺乏型,全国约有70多种，主要分布于广大农村、山区、牧区等偏僻地区，病区 呈灶状分布除上海市外的29个省、自治区、直辖市均有不同程度的地方病发生， 有的地区可多达五六种，受威胁人口多达4.2亿多我国重点防治的地方病有：地方性氟中毒，地方性甲状腺肿，地方性克 汀病，大骨关节炎，克山病等我国分布最广的地方病：地方性氟中毒，地方性甲状腺肿，地方性克汀 病三种,我国生物地球化学性疾病的流行现状,地方性氟中毒是我国目前重点防治的八种地方病之一。就流行范围之广和罹患人数之多而言，地方性氟中毒无疑是当前对我
4、国危害最严重的地方病 根据目前所掌握的资料，除上海市外，全国各省、自治区、直辖市均有不同程度的地方性氟病发生和流行。2000年全国普查发现，我国现有地氟病流行的县（市、旗）多达1306个，病区人口3.3亿，患氟斑牙4066万人，氟骨症人数为260万,Research progress on Endemic Fluorosis地方性氟中毒研究进展,病因：Fluorine,其发生原因主要是由于岩石土壤、煤、水、食物和/或空气中氟含量较高，居民长期摄入含氟量较高的饮水、食物或空气而引起的疾病,Endemic fluorosis,由于一定地区的环境中氟元素过多，使生活在该环境中的居民经饮水、食物和空气
5、等途径长期摄入过量氟而引起的以氟骨症（skeletal fluorosis）和氟斑牙（dental fluorosis）为主要特征的一种慢性全身性疾病,氟在环境中的分布,化学性质最活泼，在常温下能同所有的元素相互作用氧化性最强的物质，没有任何一种氧化剂能将其从化合物中置换出来 自然界中的氟是以化合物形式而不是以单质的形式存在,环境介质中氟含量,岩石（平均550mg/kg）及土壤地下水地面水空气中氟含量较低：工业区、商业区、生活区海产动物陆生动物：骨组织、筋腱动物性食品 植物性食品粮食叶类蔬菜果实类蔬菜砖茶氟含量高：100mg/kg,氟的生物学效应,氟对人体的效应与剂量有关，低剂量无生理作用，适
6、宜剂量有生理作用，高剂量则引起中毒。 人体每日需氟量约为1.0mg 1.5mg，最大安全摄入量3mg/d 4mg/d。若每日摄氟量超过6mg，就可能引起氟中毒。,适宜剂量,（1）维持机体正常的钙磷代谢，促进牙齿和骨骼钙化骨骼：生活在低氟区居民摄入氟过低可引起骨密度下降及骨质疏松，临床上给以适量氟可收到较好防治效果骨折：易发生骨折和适量氟有助于骨折愈合牙齿：防龋表面形成氟磷灰石保护层可增强牙机械强度适量氟可增强牙釉质的抗酸蚀能力提高抗龋能力（氟化物防龋的原因）对口腔内细菌和酶的抑制作用可减少酸性物质的产生氟与口腔液体中磷酸根、钙离子共同作用，引起釉质表面再矿化，增强牙齿抗龋齿原因,适宜剂量,（2
7、）对神经传导及胆碱酯酶和三磷酸腺苷酶等酶代谢有一定作用 （3）对机体的造血机能和动脉粥样硬化的发生有影响,关于氟的生物学效应方面，目前存在争论的主要问题,必需微量元素（essential trace element）氟化水预防龋齿,International Society for Fluoride Research（ISFR）Journal: Fluoride,电解铝、冶炼、磷肥等工业企业由于释放大量氟化物严重污染当地环境，致使这些工业企业周围树木枯萎，牛羊患氟骨症，儿童氟斑牙症大量发生（湖北大冶、江苏常熟等）。 严格地说这并不属于地方性氟中毒范畴，但值得注意的是，此种污染如长期下去，氟在环
8、境中长年累积，经过若干年后，即有可能形成次生性氟地球化学病区，应引起足够的重视。,氟化水防龋齿？,发达国家发展中国家和贫穷国家,氟化水,氟化钠、氟硅酸钠、氟硅酸氟硅酸盐氟化水（SiFW）与氟化钠处理水（NaFW）儿童血铅升高（SiFW严重腐蚀铜制水管，导致阀门处水铅升高）SiFW抑制胆碱酯酶的作用，危害性更加严重： NaFW中是完全解离的氟化物，而SiFW有少量完全解离的SiF6离子或低分子量的硅酸低聚物可以继续存留在SiFW,地方性氟中毒类型,饮水型氟中毒 drinking water fluorosis 最主要的氟中毒类型：分布最广、影响面最大、 危害最严重、流行史最长 全国饮水型病区人口
9、大约有7800万 燃煤型氟中毒 coal-burning fluorosis 20世纪70年代后发现的第二大类型的氟中毒 14个省197个县中，受威胁人口约5000万人 饮茶型氟中毒 brick-tea fluorosis,世界氟病区分布图,过量氟的毒作用,对钙磷代谢的影响 对骨、牙齿的影响 对其它组织的影响抑制多种酶的活性,慢性氟中毒的非骨相损害,地方病学研究工作者对氟的非骨相损害做了大量的研究工作。除了继发于骨性压迫的神经肌肉损害和继发性甲状旁腺功能亢进外，是否还存在其他组织器官（非骨相组织）的明显的原发性损害，仍缺乏肯定的、普遍认同的结论。,氟中毒非骨相损害的临床病理学研究的难度,难以建
10、立早期非特异、轻微的症候与本病的必然联系；难以获得数量足够的尸检资料进行病理形态学观察；难以把过量氟所致原发性损害与继发、并发的病变明确区分开来；有相当一部分动物实验或体外研究则主要反映投予超大剂量时氟的一般毒性作用。,脑损害,自1937年Shoutt首次报道氟骨症患者伴有神经系统损害和1980年谢大钊报道氟中毒病区先天性痴呆发生率与饮水氟含量有关以来，氟中毒对人和动物神经系统的影响已逐步引起人们的关注，并经流行病学调查和动物实验证实。,大部分人群调查和动物染氟研究显示： 氟可通过胎盘屏障和血脑屏障，蓄积于胎儿脑组织，影响胎儿脑发育，对儿童和仔鼠的智力产生明显的影响，主要表现为智力（IQ）下降
11、，学习能力和认知能力降低，行为改变等神经毒性。,病理,氟病区5-8个月引产胎儿：大脑、海马及脑皮质神经细胞和未分化神经母细胞的数密度和核质比增高，神经细胞平均体积降低，线粒体的数密度、体积密度及表面积密度降低，表明过量氟对脑组织的发育分化有一定的影响。 利用CT检查氟骨症患者脑组织显示脑皮质部密度普遍比正常人高，有硬化状改变，间隙不清，并有部分患者有不同程度的脑组织钙化，以枕叶和额叶为主。在染氟的大鼠、小鼠上也可观察到类似的病理学改变。 目前认为过量氟可直接造成神经系统的原发性损伤。,机制,氟通过胎盘屏障和血脑屏障蓄积靶部位海马，引起与学习记忆相关脑区海马CA3、CA4和齿状回等区突触亚微结构
12、出现病理性改变和神经元的退化，降低与学习记忆功能有关的烟碱样乙酰胆碱受体的数量和表达，以及影响多种与细胞增殖、分化、凋亡相关基因（c-fos, c-jun，G蛋白等）的表达。 从氟的致病机制上，认为氟对学习记忆的影响与氟引起海马神经细胞发生氧化应激、DNA损伤和神经元的凋亡等密切相关。由于氧化应激是氟引起多种细胞凋亡的关键步骤，DNA损伤又可诱导细胞的凋亡，因此，人们推测细胞凋亡是氟致神经毒性的关键因素之一。,地氟病患者是否存在肝损害？,肯定： 人群：Michael等调查饮用高氟水对人体软组织功能影响时发现，氟可引起蛋白质合成障碍，血清ALT和AST活性升高；Shivashankara等研究也
13、发现氟骨症儿童血清中多项肝功能指标异常；Scsheela等报到地氟患者血清糖蛋白降低，氨基多糖、涎酸降低30；侯立中曾连续2年相同季节对氟斑牙和氟骨症患者血清多种酶进行检测，发现LDH、羟基丁酸脱氢酶活性明显升高；汤瑞琦等检测重症氟骨症村儿童的多种血液生化指标，发现氟可引起儿童体内蛋白质合成障碍，血清转氨酶活性升高与血清氟一致。 动物实验发现，饮水氟浓度与肝损害存在明显的剂量-效应关系。,814岁儿童血清TP和ALB含量测定结果,各组人群的血清总蛋白和白蛋白含量均在正常值范围之内，各组人群之间无显著性差异,814岁儿童血清ALT、AST和LDH活性,饮水氟含量为2.152.96 mg/L之间和
14、饮水氟含量高于3.0 mg/L地区的氟斑牙患者，血清LDH活性与对照组和高氟负荷人群相比，均显著升高，并随饮水氟含量增加而升高，提示饮用氟含量高于2.0 mg/L的水可能会引起儿童肝损害，且损害程度随饮水氟含量增加而加重。,否定：,梁超柯等分析了6个不同饮水氟浓度地区的成人血清中TP、ALB、AST、总胆红素等肝功能指标，均未发现显著性改变；即使在生活在饮水氟含量为1.523.0 mg/L（平均8.87 mg/L）的地区人群，也未观察到肝脏损害。李广生等在用家兔氟中毒试验中，用全自动生化分析仪测定血清中反映各脏器功能和全身代谢情况的23项指标中，结果饮水投予200mg/L的中剂量组，尽管骨骼病
15、变已十分明显，但所有23项指标与对照组相比均无明显差异，心、肝、肾等组织亦未见明显坏死改变。,地氟病患者是否存在肾损害？,肯定： 大量的研究人群调查和动物实验研究结果均证实：过量氟可以使肾的结构和功能受到损伤否定： Leone等观察生活在饮水氟含量8mg/L达10年之久的美国得克萨斯州居民，未发现有肾脏疾病或肾功能障碍增多,814岁儿童尿NAG、-GT活性测定结果,饮水氟含量为2.152.96mg/L的地区，氟斑牙组尿液NAG、-GT活性与对照组相比显著升高，而在饮水氟含量高于3.0mg/L的地区，无论氟斑牙组还是高氟负荷组人群尿液NAG、-GT活性均显著高于对照组，且这一地区两组人群的-GT
16、活性均显著高于饮水氟含量为2.152.96mg/L地区，说明饮用水氟含量高于2.0mg/L的水引起儿童肾脏损害，且损害程度随饮水氟含量增加而加重。,但在饮水氟含量相同的地区，氟斑牙患者组和高氟负荷组的尿液NAG和-GT活性无显著性差异，提示是否患氟斑牙，与肾功能损害程度并无直接关系，肾损害主要取决于饮水中的氟含量。,氟中毒的毒性作用机制,F2-,Ca2+,Ca2+降低,缺钙综合症,甲状旁腺,牙齿,骨组织,CaF,毒作用机制,低营养低钙学说（钙矛盾疾病学说）自由基与氧化应激学说镁学说,钙矛盾疾病,2000年日本Fujita和Palmieri把在发病机制中有钙矛盾参与并起重要作用的疾病都归入钙矛盾
17、疾病（Calcium paradox disease）。 钙矛盾疾病应具备以下三个环节：（1）全身缺钙；（2）继发性甲状旁腺功能亢进，趋钙激素（PTH） 分泌增多；（3）全身Ca2+内流增多。,钙矛盾疾病学说（骨相组织）,1、膳食低钙是氟骨症的主要促发和加重因素，地氟病特别是氟骨症存在整体缺钙靶细胞内Ca2+升高现象，从发病机制上属于钙矛盾疾病。 2、成骨细胞、破骨细胞激活和骨转换加速是过量氟干扰骨代谢的主要环节，骨转换加速是形成骨病变多样性的基础。 3、膳食低钙不仅促进肠道氟的吸收和骨氟的沉积，而且它本身就可启动成骨、破骨活跃和加速骨转换，与氟的骨骼效应具有高度一致性，即氟的作用有相当部分是
18、通过使体液Ca2+降低和细胞Ca2+内流增多来介导的。因此，高氟与低钙结合在一起，骨损害就会明显加重。 4、过量氟通过干扰趋钙激素（PTH）、局部细胞因子及信号转导的调控网络，使其向不同方向偏移，从而导致各种病理后果。,供钙充分,环境氟暴露,供钙不足,肠管氟,血氟,PTH 及其他机制,细胞内Ca2+,靶组织氟,骨晶氟,ECM及胶原损害,OB激活,OC激活,骨周化骨,骨硬化,骨软化,非骨相损害,骨质疏松,氟骨症机制图解,血钙,(+),(-),(+),(-),(+),(+),化骨前沿缺钙,原钙化骨吸收,自由基与氧化应激学说（非骨相组织）,研究对象：饮水型、煤烟型、饮茶型中毒患者和动物检测样品：全血
19、或血清、红细胞、肝、脑、肾、睾丸等观察指标：自由基水平、ROS水平、还原性物质含量、抗氧化酶活性、 脂质过氧化物水平、DNA损伤及细胞凋亡等验证试验：针对自由基与氧化应激的阻断或拮抗试验：Vit C、硒等抗氧化剂可拮抗氟化物引起的脂质过氧化、DNA损伤、细胞凋亡等作用,氟中毒与细胞凋亡,在实验条件下过量氟对多种组织细胞均有损害，但多数情况下并不造成坏死，也不伴有明显的炎症反应，而多表现为实质细胞固缩、核染色质边集等特征，与细胞凋亡的形态特点相吻合。因此，近年来国内外对氟与细胞凋亡的关系是研究热点。,用流式细胞术、病理形态学、原位末端标记等多种手段证实，氟对体外的培养细胞（胰岛细胞、肺细胞、胸腺
20、小叶、骨肉瘤细胞UMR106株、原代肝细胞，人胚肝细胞株等）和对整体动物（大鼠、小鼠、绵羊、兔、猪等），均可诱导细胞凋亡的发生。一些凋亡基因如ICE、p53等mRNA和蛋白表达升高目前有关氟诱导细胞凋亡的作用机制不明,细胞凋亡的三条经典途径,NaF可使细胞凋亡率和Caspase-3活性增加，并存在剂量-效应关系； NaF可使Fas ，FasL，Caspase-3，Caspase-8等基因的mRNA和蛋白表达增强；Fas受体激动剂（CH11)单独作用对SH-SY5Y细胞凋亡率，Caspase-3活性， Fas ，FasL，Caspase-3，Caspase-8基因mRNA表达没有影响，但与高剂量
21、NaF（40 g/ml ）联合作用后显示出协同效应。Fas受体激动剂拮抗剂(ZB4)单独作用对SH-SY5Y细胞凋亡率，Caspase-3活性， Fas ，FasL，Caspase-3，Caspase-8基因mRNA表达没有影响，但可拮抗高剂量NaF（40g/ml）的毒性作用，显示出拮抗效应。 实验研究表明：Fas/FasL 系统在氟致细胞凋亡中发挥重要作用。,内质网信号转导通路,NaF可使GRP78、IRE1、AFT6、CHOP等基因的mRNA和蛋白表达增强；应用基因沉默或应用杆菌肽、牛磺脱氧胆酸使内质网应激阻滞或升高，从正向和反向两方面探讨内质网应激及UPR信号通路在氟化物导致毒性中的作用
22、。 实验研究表明：内质网应激在氟致细胞凋亡中发挥重要作用,需要进一步探讨的主要问题,特异性自由基升高与病变发生是平行关系还是因果关系难以证实是否是地氟病发生的基本机制或始动环节能否排除其他作用机制存在的可能性自由基增多和氧化应激反应与非骨相关系密切，但与骨相损害缺乏明确的相关性,氟中毒的环境基因组学研究,细胞的各种生理过程或病理改变从本质上都是由基因表达的改变所决定的。因此，通过寻找基因表达的差异，进而探讨其在氟中毒中的作用，无疑具有重要的理论价值和实际应用意义人类基因组计划（human genome project, HGP）是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年由美国能源部(DO
23、E)和国立健康研究院(NIH)资助后正式启动环境基因组计划（Environmental Genome Project ，EGP)启动于1997年，目标是测序一组似乎与环境相关疾病有关的基因。科学家想确定这些基因在个体之间是如何变化，以及这些变化是否与疾病易感性有关,易感基因多态性与相关疾病的关系,生活在高氟地区的人群，并不是人人都患氟中毒高氟环境的作业人群，在接触氟水平相同的情况下，也只是部分氟作业工人发生氟中毒尽管氟浓度是影响氟毒性的一个重要因素，但似乎剂量水平不是唯一的影响因素研究证实，尽管个体摄入相同的氟，但氟斑牙和氟骨症等氟毒性症状与性别、年龄和种族有关,刘开泰教授的课题组，在饮水型氟
24、中毒地区，随机选取轻度和重度氟骨症患者各10人，在水氟含量为0.6mg/L的地区选取10名健康人作为对照。采用美国Research Genetics公司的GF211基因芯片（每张膜含有4324个待检cDNA）进行检测，经Pathway3.0软件分析发现,氟骨症患者与正常人基因表达结果,与对照组相比，无论是轻度还是重度氟中毒患者，Ras-related GTP-binding protein（Ras蛋白）和transmembrane 9 superfamily member 1 （TM9SF，跨膜蛋白）两个基因表达均呈现明显上调，说明在疾病发生和发展过程中，这两个基因持续高表达，同时有14个基因
25、表达均出现明显下调，说明这些基因在高氟对人体损伤机制研究中也具有重要的作用。,正常儿童,氟斑牙儿童,高氟负荷儿童,环境应答基因,耐受基因,易感基因,研究对象：10名氟斑牙患者，来自河南安阳饮水氟含量为1.12.0 mg/L的氟中毒病区。10名高氟负荷儿童（高氟地区无氟斑牙儿童），与氟斑牙患者来自同一病区。10名非病区正常儿童，来自河南安阳饮水氟含量为0.76 mg/L的地区。所有研究对象年龄均在814岁之间，且各组之间年龄、性别、营养状况构成比相同；采样Affymetrix公司生产的寡核苷酸探针芯片HG-U133A，涵盖18000多个转录本，代表了18000多个明晰基因，其中13000多个为全
26、长基因；数据分析：用Affymetrix公司的GeneArray Scanner G2500A扫描芯片，芯片扫描所得的数据利用Affymetrix Microarray Suite software 5.0进行处理和分析 。,两两芯片比较（差异分析）的结果,负荷/对照Robust变化基因聚类,转录调控相关基因：ZFP36L2（Hs.78909），NR4A2（Hs.82120） EGR1（Hs.326035），NR1D2（Hs.37288）等信号转导相关基因：IL1B（Hs.126256），RGS1（Hs.75256），CCL8（Hs.271387）等细胞趋化因子：CCL2（Hs.303649）
27、，CXCL2（Hs.75765）CXCL10（Hs.413924），IL8（Hs.624）等。细胞凋亡相关基因：CIAS1（Hs.159483），IER3（Hs.76095），TNFAIP3（Hs.211600）等功能未知基因：FLJ22002（Hs.461485）， IGHG1（Hs.413826）， IGLJ3（Hs102950），FLJ20265（Hs.7099）等,患者/对照Robust变化基因聚类,转录调控相关基因：TP73L（Hs.137596），RUNX1（Hs.410074） ZFP36L2（Hs.78909）GAS7（Hs.226133）等功能未知基因：IGLJ3（Hs.10
28、2950 ）， LOC150759（Hs.446532）， FLJ21144（Hs.59584），EIF4EBP3（Hs.406840）等,患者/负荷Robust变化基因聚类,转录调控相关基因：CUTL2（Hs.407196），RUNX1（Hs.410774）， NR4A2（Hs82120），EGR1（Hs.326035）等。信号转导相关基因：IL1B（Hs.126256），CCL8（Hs.271387），RGS1（Hs.75256），CCL2（Hs.73817）等。趋化因子：CXCL3（Hs.89690），CXCL2（Hs.75765），IL8（Hs.624），CXCL10（Hs.41392
29、4）等。代谢相关基因：ATP6V0E（Hs.440165），C200rf177（Hs.504920），USP9Y（Hs.371255），HPSE（Hs.44227）等。,结果显示，氟化物的环境应答基因除涉及转录因子、细胞信号转导相关基因、免疫相关基因、癌基因、细胞凋亡相关基因外，还包括结构蛋白及运输蛋白等。 负荷组无论是与对照组，还是氟斑牙组比较，IL-1B、IL1RN、TNF等细胞因子表达均显著上调，提示这些细胞因子可能与氟中毒耐受有关。 结论： 多种基因参与氟中毒的发生,李广生教授所在的课题组，利用他们自己建立的永生化成骨细胞系（ROB-1：用含SV40T基因的质粒pZIPSV40T转染原
30、代分离SD胎鼠颅骨成骨细胞后获得）进行2周的体外染毒（NaF剂量2mmol/L，相当于38mg/L），采用DD-PCR（差异反转录PCR技术）技术比较分析发现，染氟细胞同对照细胞在基因表达方面存在明显的差异。,T：NaF染毒成骨细胞；C：正常成骨细胞；箭头所示为部分差异表达片断,正常成骨细胞与NaF染毒细胞基因表达差异显示图谱,选择部分表达差异明显的片断进行克隆、测序，首先获得了6个cDNA序列（Clone11, 39, 45, 47, 49,50），其长度介于500700bp之间。通过国际互联网以Blast软件，将其与NCBI的NR文库和ESTs库进行同源性比较，获知表中所示的结果。,该研究
31、发现：在染氟成骨细胞中表达发生改变的基因多与蛋白质的合成、转运及加工有关，提示过量氟可能通过改变这些基因的表达而影响成骨细胞的蛋白的合成。新基因的全长序列及其功能还不清楚，有待进一步研究。,氟中毒的蛋白质组学研究,在90年代，日本科学家就把氟中毒的大鼠肝进行匀浆，用凝胶电泳的方法发现染氟大鼠肝匀浆出现一些新的蛋白条带。,李广生教授课题组，用高氟水（100 mg/L）喂养大鼠20周，取肝、肾、血液提取蛋白质，进行固相pH梯度双向凝胶电泳，用2-DE凝胶软件分析投氟组与对照组总蛋白质电泳银染图谱的蛋白质表达差异。再用基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF-MS）鉴定差异表达的蛋白质点
32、,氟中毒大鼠与正常对照蛋白多肽点分布,肝,肾,血液,染氟组的蛋白多肽点分布出现了一系列明显改变,1. 投氟组与对照组相比，其肝、肾蛋白质组在等电点pH酸性区蛋白质多肽点的表达量明显高于对照组；肾、血液在pH碱性区蛋白多肽点的表达量明显低于对照组； 2. 发现共有32个差异蛋白质点（肝7个，肾14个，血液11个）只在投氟组检出，而不见于对照组。这些蛋白质点的性质和功能，有待进一步研究； 3. 投氟组肾检测到的3个高表达的已知的酸性蛋白，利用蛋白质组搜索引擎进行检索，初步判定斑点52可能为富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白即骨连蛋白；斑点83可能是神经胶质纤维酸性蛋白；斑点121可能为糖基化磷酸蛋白即骨桥
33、蛋白。,血清蛋白组学,生物学标志 biomarker,接触生物学标志（biomarker of exposure) 吸收剂量或靶剂量的指标，提供关于接触外源化学物的信息，可定量确定个体的接触量。效应生物学标志（biomarker of effect) 机体中可测出的生化、生理、行为或其它改变的标志，包括反映早期效应生物学标志、结构和/或功能改变效应生物学标志及疾病效应生物学标志，提示与不同靶剂量的外源化学物或其代谢物有关联的对健康有害效应的信息，可用于确定剂量-反应关系和有助于在高剂量接触下获得的动物实验资料外推剂量接触的危险度。易感性生物学标志（biomarker of susceptibi
34、lity) 是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，包括反映机体先天具有或后天获得的对接触外源性物质产生反应能力的指标，可鉴定筛选易感个体和易感人群，保护高危人群。,接触生物学标志（暴露标志）-反映机体负荷水平,血氟：血清或血浆（短期）尿氟：晨尿或全日尿（长期）毛发和指甲氟：长期骨氟（骨灰）：含量最高，接近体内吸收氟一半,（1） 血氟,高氟地区人群血清氟含量均显著高于对照组，有随饮水氟含量增加而升高的趋势，饮水氟含量相同的地区氟斑牙患者和高氟负荷人群血清氟含量无显著性差异。动物试验结果表明，血氟浓度与染氟浓度呈剂量反应关系。 但目前的观点是：血氟水平的相对高低可以作为一种群体指标来反映环境氟
35、暴露水平，不宜作为个体生物学标志来反映机体氟损害。,主要是因为： 1）人体对血氟存在自稳调节机制，血氟水平并不太随饮水氟含量增高而呈直线上升； 2）血氟水平受到实验条件、采样时间及个体等多种因素的影响，在相同的水氟浓度下，不同实验室所测得的结果相差很大。如大多数研究者认为，水氟与血氟大体是10:1的关系。但印度的资料显示，饮水氟0.1mg/L时各家所测得结果血氟与水氟至少相差3.5倍，1mg/L者至少相差4倍；国内资料显示，在相同水氟浓度下，各家所测得的结果最大值最下值相差5-15倍。如此大的差异，降低了血氟作为生物学标志的应用价值。,（2）尿氟,在饮水型地氟病区，尿氟与总摄氟量和水氟有显著的
36、相关关系，居民尿氟浓度与当地饮水氟浓度基本相等。病区与非病区群体尿氟含量的临界值在儿童为1.4mg/L，成人为1.6mg/L。因此，尿氟含量不仅可作为群体指标反映人群氟暴露水平，对于个体慢性氟中毒的诊断也具有一点的参考价值。 在饮茶型氟中毒病区，人群调查研究，尿氟与病情之间存在矛盾现象，即无论尿氟均值，还是尿氟最高值，蒙古族儿童和成人的尿氟水平均高于藏族，但病情却较轻，对过去用尿氟作为氟化物的暴露标志物提出了质疑问。,（3） 毛发、指甲中的氟,毛发和指甲含有少量氟，能反映机体氟蓄积状况，故可作为慢性长期氟暴露的一种指标。Elsair等在家兔氟中毒实验中发现，家兔爪甲氟含量与骨氟水平之间有良好的
37、平行关系，而兔毛中的氟和骨氟则没有这样的关系。Levy等也通过大量的动物试验和人群调查认为：手和脚指甲做为饮食氟暴露的标志物。但目前检测指甲氟并未得到广泛应用。,（4）骨氟,骨氟含量无疑可反映机体内氟蓄积状况，可通过活检取骨组织进行检测。但（1）取骨组织属于有创伤性检查不易被接受；（2）骨氟含量不仅取决于摄氟量，还与年龄、性别、骨的类型和部位等诸多因素有关，骨氟含量随年龄的增长和摄氟量的增多而持续增加；（3）很难确定一个阈值，即骨氟蓄积量超过多少就将发生氟中毒。,效应生物学标志,非骨相损害自由基与氧化应激红细胞：微粒体Na-K-ATP酶、膜脂质含量、 膜巯基水平骨相损害碱性磷酸酶与骨钙蛋白羟脯
38、氨酸及其他胶原代谢产物,反映骨相损害的生物学标志,（1） 碱性磷酸酶与骨钙蛋白 AKP可视为成骨活动的标志酶。但慢性氟中毒患者或实验动物血清ALP的检测结果也常常不太一致，这可能涉及多重因素，包括摄氟剂量、时间、机体的营养状态、骨病变的发展阶段等。BGP是反映成骨细胞活动和骨转换的重要指标。（2） 羟脯氨酸及其他胶原代谢产物 尿中HOP含量可反映骨代谢的改变。无论破骨细胞或成骨细胞加强都会伴有尿HOP排出增多。 一些反映胶原代谢的标志物，如血清中I型前胶原羧基端前肽（PICP）、尿中I型胶原交联N末端肽（NTX）、胶原脱氧吡啶交联（DPD）等，尚未见在地氟病中应用。（3） 甲状旁腺激素 血清P
39、TH升高可能是氟骨症的一个普通发病环节。目前认为，如果患者血清PTH增高，则是氟骨症病变进展特别是向骨质疏松、骨转化方向发展的重要信号。,反映非骨相损害的生物学标志,（1）指标的非特异性 比如与氧化应激有关的指标，包括自由基产生增多、抗氧化酶活性下降、脂质过氧化物水平升高等，确实可在地氟病患者或氟中毒试验动物体内检测出来；氧化应激与氟的非骨相损害也确有一定联系。但能引起机体氧化应激反应的原因很多，伴有自由基代谢混乱和抗氧化能力下降的疾病或病理状态很多。（2）指标的不确定性 如反应肝、肾等功能损害的一些指标的不一致。（3）指标的双向性 氟对酶系统的影响或对体外培养细胞的作用常表现为双向性，即随着
40、氟从低浓度到高浓度，其生物学效应由促进转为抑制。如在血清氟浓度时（约10mol/L即0.18mg/L），对一些酶表现为稳定或激活作用；血清氟浓度高时（至少0.3mg/L），则对许多酶表现为抑制作用。,有待深入研究的问题,1）氟作用的靶器官、靶组织、靶细胞、靶分子是一个需要继续深入研究的问题。直到现在，除了牙齿和骨骼（包括骨内和骨周胶原纤维）之外，是否还有其他对氟有特殊反应的靶组织或靶器官，仍缺乏肯定的、普遍认同的结论。 2）骨相组织与非骨相组织对氟的毒性反应谁更敏感？,有待深入研究的问题,3） 氟中毒有无特异性表达基因或特殊的蛋白表达。 4）寻找比目前X线更提前、更简便的生物学标志。,地方性氟中毒病区划分标准（GB17018-1997）,在饮水型氟中毒病区判定中明确水氟同病情同时符合情况下才能确定病区。在燃煤污染型氟中毒病区划分中删掉了较繁琐的人群总摄氟量指标 增加了饮茶型地方性氟中毒病区控制的评价指标 增加了附录A规定了氟斑牙的诊断分度方法，统一用Dean分度法；附录B评价指标确定方法。,
