基于体外消化/Caco-2细胞模型的有色金属区及附近区域蔬菜中砷对人体的生物有效性研究

Health risk from arsenic contaminated vegetables caused by mining activities is a serious issue in China, especially in Guangxi province, where problem of arsenic contamination in vegetables grown around the arsenic contaminated mining area has been largely reported. Bioavailability of arsenic is an important indicator to measure the arsenic toxicity and human health risk assessment. But the robust methods for arsenic bioavailability assessment is scarce, consequently few researches on arsenic bioavailability assessment in vegetables grown in arsenic contaminated mining area. The research goals of this project are to (1) establish an in vitro/ Caco-2 cell model to assess the arsenic bioavailability in vegetables (2) assess the arsenic bioavailability and human health risk in various vegetables grown around the arsenic contaminated mining area (3) investigate the effects of cooking methods on arsenic bioavailability in vegetables and its mechanism. The output results of this project will provide valuable scientific information for the establishment of food safety alert system, the appropriate adjustment of vegetable planting structure and cooking methods to minimize arsenic risk in human.

我国因有色金属开发导致蔬菜砷污染对人体健康造成威胁，广西有色金属矿区周边土壤砷污染引起的蔬菜砷污染问题尤为突出。砷生物有效性是科学评价砷对生物毒性和人体健康风险的重要指标。然而，目前评价砷生物有效性的体系并不成熟，对我国有色金属矿区及其周边区域蔬菜砷的生物有效性研究较少。因此，本项目拟开展以下几方面的研究：（1）蔬菜砷生物有效性的体外消化/Caco-2细胞模型方法体系的构建；（2）有色金属矿区及附近区域蔬菜砷生物有效性及其对人体健康风险；（3）中式烹饪对有色金属区周边蔬菜中砷的生物有效性的影响及机制。研究旨在为建立我国蔬菜食品的卫生安全预警体系的建立、评估有色金属矿区蔬菜砷生物有效性、减轻砷对人体健康安全风险提高科学依据及技术支撑。

砷（Arsenic, As）是我国重点监测的五毒元素之一，也是无阈值的致癌物。随着工业化、城市化迅速发展，越来越多的砷释放到农田土壤并被农作物吸收，特别是蔬菜。砷可以通过食物链进入人体对人体产生危害。.本项目主要针对典型砷污染区蔬菜地常见蔬菜，1）通过蔬菜中砷生物可利用性的5种体外消化方法（RIVM，SBRC，DIN，IVG和PBET）的比较，并结合动物试验验证。确定蔬菜砷人体生物有效性的预测能力最佳的是PBET体外消化法。2）构建了PBET体外消化法/Caco-2细胞模型，开展了轻、重度重金属污染土壤上种植的不同品种小白菜重金属镉砷生物可给性，生物有效性及健康风险。研究结果表明，不同品种小白菜之间镉砷含量及其生物可给性、生物有效性存在差异，其中两个小白菜品种Meiguanqinggencai和ZQ60F1在低浓度污染土壤和高浓度污染土壤其每日Cd和As摄入量均未超过规定安全阈值。另外，这两种小白菜重金属目标风险系数在不同土壤污染水平下均小于1。 因此，推荐在重金属污染区种植Meiguanqinggencai和ZQ60F1两种小白菜品种，可以有效降低小白菜的食用健康风险，实现安全种植。3）基于PBET体外消化法/Caco-2细胞模型研究烹饪方式对蔬菜砷生物有效性的影响，结果显示通过烹饪过程可以降低蔬菜中砷的生物有效性及健康风险。4）采用砷靶细胞器官-肝脏细胞，探讨不同形态砷化合物对非致瘤性人源性肝（QSG7701）细胞的生物毒性及氧化应激作用。发现4种砷化合物均可不同程度地损伤肝细胞膜，破坏肝细胞的氧化平衡状态，产生氧化应激并导致脂质过氧化，对人肝细胞 QSG7701的毒性作用依次为 AsⅢ>AsⅤ>MMA>DMA。.因此，本项目构建的蔬菜砷生物有效性评价的体外消化/Caco-2细胞模型，可用于蔬菜砷生物有效性及健康风险的快速、准确评估；并提出通过调整蔬菜种植品种、烹饪方式可以降低蔬菜中砷的生物有效性及人体健康风险。该项目结果对砷污染区的蔬菜健康风险评估及安全种植具有一定的理论和实践指导意义。