目的炭黑(Carbon Black,CB)是一种具有重要用途的工业材料,它主要由元素碳组成,其粒径较小,因此在工业生产过程中易被人体吸入并沉积在肺部深处。由于从事CB生产和使用的相关职业人群众多,其风险评估一直是备受关注的公共卫生问题。研究发现,长期CB暴露可引起肺功能下降和多种呼吸系统疾病。CB引起癌症(特别是肺癌)的研究主要集中在动物实验水平,其对人类致癌性的证据不充足,因此CB被国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer,IARC)归为2B类致癌物。目前,关于CB暴露与癌症发病风险的关联研究,尚无有效的遗传毒性生物标志物评价指标。本文主要利用胞质分裂阻滞微核细胞试验(Cytokinesis-Block Micronucleus Test,CBMNT)作为检测CB暴露对职业人群致癌性的生物标志物,探讨长期暴露CB对职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性的影响,进一步分析CB暴露的潜在致癌风险,为CB职业暴露提供科学合理的职业防护建议。方法2012年,本课题组选取某CB生产车间的85名炭黑包装工(Carbon Black Packers,CBPs)和106名自来水厂工人(对照人群,non-CBPs)作为研究对象,建立CBPs研究队列。随后,课题组于2018年,随访研究了127名CBPs和105名non-CBPs,其中包括2012年纳入队列的53名CBPs和55名non-CBPs。采用分子流行病学研究,通过CBMNT计数微核(Micronucleus,MN)、核质桥(Nucleoplasmic Bridge,NPB)和核芽(Nuclear Bud,NBUD)的发生率,评估职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性状态。将定量检测诱导痰中巨噬细胞碳含量(Carbon Content in Airway Macrophages,CCAM)作为评估CB暴露的肺内暴露剂量的生物标志物。利用Luminex多因子定量分析技术检测研究对象血清中的炎症细胞因子。另外,通过建立体外淋巴细胞培养模型,进行肿瘤坏死因子(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)干预实验(干预剂量为1.44 ng/mL),并采用CBMNT研究TNF-α干预前后基因组不稳定性的变化,进一步确定炎症细胞因子TNF-α对外周血淋巴细胞基因组不稳定性的影响。最后,通过广义线性模型(Generalize Linear Model,GLM)、泊松回归(Poisson Regression)和中介效应分析(Mediation Effect Analysis)来评估CB暴露与职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性之间的关联,并深入探讨炎症细胞因子在CB暴露诱导职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性中的作用。结果2012年研究的85名CBPs和106名non-CBPs的结果发现,CB暴露组的MN率、NPB率、NBUD率和CBMN发生频率(MN率、NPB率和NBUD率之和,又称基因组不稳定指数)均明显高于non-CBPs对照组,其关联强度(Frequency Ratio,FR)范围为1.78-3.09。在2018年研究的127名CBPs和105名non-CBPs的结果也发现,与non-CBPs对照组相比,在职炭黑包装工(Current Carbon Black Packers,CBP-Cs)暴露组的MN率、NBUD率和CBMN发生频率显著增加,其FR范围为1.24-1.59。在CCAM评估肺内暴露碳元素的生物效应剂量中发现,CCAM与CBMN终点指标之间存在线性剂量-反应关系。炎症细胞因子检测结果显示,与non-CBPs对照组相比,CBPs组血清中TNF-α、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)和白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)的含量分别显著增加10.2倍、10.6倍和7.0倍,其次是巨噬细胞炎性蛋白-1β(Macrophage Inflammatory Protein-1β,MIP-1β)和C-反应蛋白(C-reactive Protein,CRP)分别增加3.3倍和2.7倍。中介效应分析结果证明炎症细胞因子TNF-α、IL-6、IL-1β、MIP-1β和CRP是CB暴露与CBMN终点指标之间的中介变量。其中,TNF-α对所有CBMN终点指标均有中介作用。另外,体外干预实验进一步验证了TNF-α在CB暴露诱导职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性中的作用。结论本研究发现了长期暴露CB可显著增加职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性,证实了CB暴露职业人群的内暴露剂量和其外周血淋巴细胞的MN率、NBUD率及基因组不稳定指数呈剂量-反应关系,有助于筛选生物标志物用于CB暴露人群的生物检测,同时也为更好的保护CB职业暴露人群提供科学的理论依据。本研究还发现长期CB暴露与1类致癌物DEE暴露诱导职业人群外周血淋巴细胞基因组不稳定性的能力十分相似。综上,本研究为CB可能致癌提供了新的人群流行病学证据,这将有助于IARC重新评估CB的致癌等级。