Vai trò của dithiothreitol (DTT) trong việc đo lường tiềm năng oxy hóa của các hạt bụi môi trường: Bằng chứng cho tầm quan trọng của kim loại chuyển tiếp tan
Tóm tắt
Tóm tắt. Tốc độ tiêu thụ dithiothreitol (DTT) ngày càng được sử dụng rộng rãi để đo khả năng oxy hóa của các hạt bụi (PM), một yếu tố đã được liên kết với các ảnh hưởng xấu đối với sức khỏe. Trong khi một số quinone đã được biết đến là rất phản ứng trong phép thử DTT, vẫn chưa rõ các loại hóa chất nào khác có thể góp phần làm giảm DTT trong các chiết xuất từ PM. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi định lượng tốc độ hao hụt DTT từ các loại chất có khả năng oxy hóa riêng lẻ thường có trong bụi môi trường. Mặc dù nghiên cứu trước đây chỉ ra rằng phép thử DTT không nhạy với kim loại, kết quả của chúng tôi cho thấy bảy trong số mười kim loại chuyển tiếp được thử nghiệm có khả năng oxy hóa DTT, cũng như ba trong số năm quinone được thử nghiệm. Mặc dù kim loại có hiệu suất oxy hóa DTT thấp hơn so với các quinone phản ứng mạnh nhất, nhưng nồng độ kim loại chuyển tiếp hòa tan trong bụi mịn thường cao hơn nhiều so với nồng độ quinone. Kết quả cuối cùng là kim loại dường như chiếm ưu thế trong phản ứng DTT đối với các mẫu PM2.5 môi trường điển hình. Dựa vào nồng độ các quinone và kim loại hòa tan từ tài liệu và phản ứng DTT được đo cho các chất này, chúng tôi ước tính rằng đối với các mẫu PM2.5 điển hình, khoảng 80% hao hụt DTT là do kim loại chuyển tiếp (đặc biệt là đồng và mangan), trong khi các quinone chiếm khoảng 20%. Chúng tôi tìm thấy kết quả tương tự cho sự hao hụt DTT được đo trong một tập nhỏ các mẫu PM2.5 từ Thung lũng San Joaquin của California. Vì đóng góp quan trọng từ kim loại, chúng tôi cũng đã thử nghiệm cách phản ứng DTT bị ảnh hưởng bởi EDTA, một chất che phủ đôi khi được sử dụng trong phép thử. EDTA ức chế đáng kể phản ứng từ cả kim loại và quinone; do đó, chúng tôi khuyến nghị không nên bao gồm EDTA trong phép thử DTT.
Từ khóa
#dithiothreitol #DTT #tiềm năng oxy hóa #hạt bụi #kim loại chuyển tiếp #quinone #EDTA #sức khỏe #phép thử DTTTài liệu tham khảo
Ayres, J. G., Borm, P., Cassee, F. R., Castranova, V., Donaldson, K., Ghio, A., Harrison, R. M., Hider, R., Kelly, F., Kooter, I. M., Marano, F., Maynard, R. L., Mudway, I., Nel, A., Sioutas, C., Smith, S., Baeza-Squiban, A., Cho, A., Duggan, S., and Froines, J.: Evaluating the toxicity of airborne particulate matter and nanoparticles by measuring oxidative stress potential - a workshop report and consensus statement, Inhal. Tox., 20, 75–99, 2008.
Biorad: Chelex 100 and Chelex 20 chelating ion exchange resin instruction manual, http://www.bio-rad.com/webmaster/pdfs/9184_Chelex.PDF, 1991.
Biswas, S., Verma, V., Schauer, J. J., Cassee, F. R., Cho, A. K., and Sioutas, C.: Oxidative Potential of Semi-Volatile and Non Volatile Particulate Matter (PM) from Heavy-Duty Vehicles Retrofitted with Emission Control Technologies, Env. Sci. Technol., 43, 3905–3912, 2009.
Charrier, J. G. and Anastasio, C.: Impacts of antioxidants on hydroxyl radical production from individual and mixed transition metals in a surrogate lung fluid, Atmos. Environ., 45, 7555–7562, 2011.
Cho, A. K., Di Stefano, E., You, Y., Rodriguez, C. E., Schmitz, D. A., Kumagai, Y., Miguel, A. H., Eiguren-Fernandez, A., Kobayashi, T., Avol, E., and Froines, J. R.: Determination of four quinones in diesel exhaust particles, SRM 1649a, an atmospheric PM2.5, Aerosol Sci. Technol., 38, 68–81, 2004.
Cho, A. K., Sioutas, C., Miguel, A. H., Kumagai, Y., Schmitz, D. A., Singh, M., Eiguren-Fernandez, A., and Froines, J. R.: Redox activity of airborne particulate matter at different sites in the Los Angeles Basin, Environ. Res., 99, 40–47, 2005.
Chung, M. Y., Lazaro, R. A., Lim, D., Jackson, J., Lyon, J., Rendulic, D., and Hasson, A. S.: Aerosol-borne quinones and reactive oxygen species generation by particulate matter extracts, Env. Sci. Technol., 40, 4880–4886, 2006.
Connell, D. P., Winter, S. E., Conrad, V. B., Kim, M., and Crist, K. C.: The Steubenville Comprehensive Air Monitoring Program (SCAMP): Concentrations and solubilities of PM2.5 trace elements and their implications for source apportionment and health research, J. Air Waste Manage. Assoc., 56, 1750–1766, 2006.
Damodaran, S.: Estimation of disulfide bonds using 2-Nitro-5-thiosulfobenzoic acid – limitations, Anal. Biochem., 145, 200–204, 1985.
Delhomme, O., Millet, M., and Herckes, P.: Determination of oxygenated polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric aerosol samples by liquid chromatography-tandem mass spectrometry, Talanta, 74, 703–710, 2008.
DiStefano, E., Eiguren-Fernandez, A., Delfino, R. J., Sioutas, C., Froines, J. R., and Cho, A. K.: Determination of metal-based hydroxyl radical generating capacity of ambient and diesel exhaust particles, Inhal. Tox., 21, 731–738, 2009.
Eiguren-Fernandez, A., Shinyashiki, M., Schmitz, D. A., DiStefano, E., Hinds, W., Kumagai, Y., Cho, A. K., and Froines, J. R.: Redox and electrophilic properties of vapor- and particle-phase components of ambient aerosols, Environ. Res., 110, 207–212, 2010.
Eyer, P., Worek, F., Kiderlen, D., Sinko, G., Stuglin, A., Simeon-Rudolf, V., and Reiner, E.: Molar absorption coefficients for the reduced Ellman reagent: Reassessment, Anal. Biochem., 312, 224–227, 2003.
Geller, M. D., Ntziachristos, L., Mamakos, A., Samaras, Z., Schmitz, D. A., Froines, J. R., and Sioutas, C.: Physicochemical and redox characteristics of particulate matter (PM) emitted from gasoline and diesel passenger cars, Atmos. Environ., 40, 6988–7004, 2006.
Ghio, A. J., Carraway, M. S., and Madden, M. C.: Composition of air pollution particles and oxidative stress in cells, tissues, and living systems, J. Toxicol. Environ. Health-Pt b-Crit. Rev., 15, 1–21, 2012.
Held, K. D. and Biaglow, J. E.: Role of copper in the oxygen radical-mediated toxicity of the thiol-containing radioprotector dithiothreitol in mammalian-cells, Radiat. Res., 134, 375–382, 1993.
Hu, S., Polidori, A., Arhami, M., Shafer, M. M., Schauer, J. J., Cho, A., and Sioutas, C.: Redox activity and chemical speciation of size fractioned PM in the communities of the Los Angeles-Long Beach harbor, Atmos. Chem. Phys., 8, 6439–6451, https://doi.org/10.5194/acp-8-6439-2008, 2008.
Kachur, A. V., Held, K. D., Koch, C. J., and Biaglow, J. E.: Mechanism of production of hydroxyl radicals in the copper-catalyzed oxidation of dithiothreitol, Radiat. Res., 147, 409–415, 1997.
Krezel, A., Lesniak, W., Jezowska-Bojczuk, M., Mlynarz, P., Brasun, J., Kozlowski, H., and Bal, W.: Coordination of heavy metals by dithiothreitol, a commonly used thiol group protectant, J. Inorg. Biochem., 84, 77–88, 2001.
Kumagai, Y., Koide, S., Taguchi, K., Endo, A., Nakai, Y., Yoshikawa, T., and Shimojo, N.: Oxidation of proximal protein sulfhydryls by phenanthraquinone, a component of diesel exhaust particles, Chem. Res. Tox., 15, 483–489, 2002.
Leonard, S. S., Harris, G. K., and Shi, X. L.: Metal-induced oxidative stress and signal transduction, Free Radic. Biol. Med., 37, 1921–1942, 2004.
Li, N., Sioutas, C., Cho, A., Schmitz, D., Misra, C., Sempf, J., Wang, M. Y., Oberley, T., Froines, J., and Nel, A.: Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage, Environ. Health Perspect., 111, 455–460, 2003.
Li, Q. F., Wyatt, A., and Kamens, R. M.: Oxidant generation and toxicity enhancement of aged-diesel exhaust, Atmos. Environ., 43, 1037–1042, 2009a.
Li, Z., Porter, E. N., Sjodin, A., Needham, L. L., Lee, S., Russell, A. G., and Mulholland, J. A.: Characterization of PM$_{(2.5)}$-bound polycyclic aromatic hydrocarbons in Atlanta-Seasonal variations at urban, suburban, and rural ambient air monitoring sites, Atmos. Environ., 43, 4187–4193, 2009b.
Lin, P. and Yu, J. Z.: Generation of reactive oxygen species mediated by humic-like substances in atmospheric aerosols, Env. Sci. Technol., 45, 10362–10368, 2011.
Majestic, B. J., Schauer, J. J., and Shafer, M. M.: Application of synchrotron radiation for measurement of iron red-ox speciation in atmospherically processed aerosols, Atmos. Chem. Phys., 7, 2475–2487, https://doi.org/10.5194/acp-7-2475-2007, 2007.
McWhinney, R. D., Gao, S. S., Zhou, S. M., and Abbatt, J. P. D.: Evaluation of the effects of ozone oxidation on redox-cycling activity of two-stroke engine exhaust particles, Env. Sci. Technol., 45, 2131–2136, 2011.
Netto, L. E. S. and Stadtman, E. R.: The iron-catalyzed oxidation of dithiothreitol is a biphasic process: Hydrogen peroxide is involved in the initiation of a free radical chain of reactions, Arc. Biochem. Biophys., 333, 233–242, 1996.
Ntziachristos, L., Froines, J. R., Cho, A. K., and Sioutas, C.: Relationship between redox activity and chemical speciation of size-fractionated particulate matter, Part. Fibre Toxicol., 4, 2007.
Park, J. H., Gopishetty, S., Szewczuk, L. M., Troxel, A. B., Harvey, R. G., and Penning, T. M.: Formation of 8-oxo-7,8-dihydro-2'-deoxyguanosine (8-oxo-dGuo) by PAH o-quinones: Involvement of reactive oxygen species and copper(II)/copper(I) redox cycling, Chem. Res. Tox., 18, 1026–1037, 2005.
Rattanavaraha, W., Rosen, E., Zhang, H. F., Li, Q. F., Pantong, K., and Kamens, R. M.: The reactive oxidant potential of different types of aged atmospheric particles: An outdoor chamber study, Atmos. Environ., 45, 3848–3855, 2011.
Sauvain, J. J., Deslarzes, S., and Riediker, M.: Nanoparticle reactivity toward dithiothreitol, Nanotoxicology, 2, 121–129, 2008.
Shen, H. and Anastasio, C.: Formation of hydroxyl radical from San Joaquin Valley particles extracted in a cell-free surrogate lung fluid, Atmos. Chem. Phys., 11, 9671–9682, https://doi.org/10.5194/acp-11-9671-2011, 2011.
Shen, H. and Anastasio, C.: A comparison of hydroxyl radical and hydrogen peroxide generation in ambient particle extracts and laboratory metal solutions, Atmos. Environ., 46, 665–668, 2012.
Shen, H., Barakat, A. I., and Anastasio, C.: Generation of hydrogen peroxide from San Joaquin Valley particles in a cell-free solution, Atmos. Chem. Phys., 11, 753–765, https://doi.org/10.5194/acp-11-753-2011, 2011.
Shima, H., Koike, E., Shinohara, R., and Kobayashi, T.: Oxidative ability and toxicity of n-hexane insoluble fraction of diesel exhaust particles, Toxicol. Sci., 91, 218–226, 2006.
Shinyashiki, M., Eiguren-Fernandez, A., Schmitz, D. A., Di Stefano, E., Li, N., Linak, W. P., Cho, S. H., Froines, J. R., and Cho, A. K.: Electrophilic and redox properties of diesel exhaust particles, Environ. Res., 109, 239–244, 2009.
Verma, V., Ning, Z., Cho, A. K., Schauer, J. J., Shafer, M. M., and Sioutas, C.: Redox activity of urban quasi-ultrafine particles from primary and secondary sources, Atmos. Environ., 43, 6360–6368, 2009a.
Verma, V., Polidori, A., Schauer, J. J., Shafer, M. M., Cassee, F. R., and Sioutas, C.: Physicochemical and toxicological profiles of particulate matter in Los Angeles during the October 2007 Southern California wildfires, Environ. Sci. Technol., 43, 954–960, 2009b.
Verma, V., Pakbin, P., Cheung, K. L., Cho, A. K., Schauer, J. J., Shafer, M. M., Kleinman, M. T., and Sioutas, C.: Physicochemical and oxidative characteristics of semi-volatile components of quasi-ultrafine particles in an urban atmosphere, Atmos. Environ., 45, 1025–1033, 2011.
Vidrio, E., Phuah, C. H., Dillner, A. M., and Anastasio, C.: Generation of hydroxyl radicals from ambient fine particles in a surrogate lung fluid solution, Environ. Sci. Technol., 43, 922–927, 2009.
Walgraeve, C., Demeestere, K., Dewulf, J., Zimmermann, R., and Van Langenhove, H.: Oxygenated polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particulate matter: Molecular characterization and occurrence, Atmos. Environ., 44, 1831–1846, 2010.
Wang, Y., Arellanes, C., Curtis, D. B., and Paulson, S. E.: Probing the source of hydrogen peroxide associated with coarse mode aerosol particles in Southern California, Env. Sci. Technol., 44, 4070–4075, 2010.
Ward, T. J., Hamilton, R. F., and Smith, G. C.: The Missoula Valley semivolatile and volatile organic compound study: Seasonal average concentrations, J. Air Waste Manage. Assoc., 55, 1007–1013, 2005.
Wilson, D. W., Aung, H. H., Lame, M. W., Plummer, L., Pinkerton, K. E., Ham, W., Kleeman, M., Norris, J. W., and Tablin, F.: Exposure of mice to concentrated ambient particulate matter results in platelet and systemic cytokine activation, Inhal. Toxicol., 22, 267–276, 2010.