甲醛是一种普遍存在的环境污染物。国际癌症研究中心和美国国家毒理学项目组根据流行病学研究结果,已将甲醛列为人类白血病致病原。然而,甲醛诱发白血病在生物学机制上存在争议,少有令人信服的动物实验报道甲醛可导致白血病或相关疾病。现有的甲醛致动物造血毒性研究几乎仅停留在血液和骨髓这两个层面,并没有深入到造血干/祖细胞水平。本研究从小鼠的血液、造血器官和造血祖细胞三个层面全面评价甲醛致小鼠的造血毒性,并深入研究甲醛是否对造血调控中的部分关键集落刺激因子及受体产生影响,初步探讨甲醛致造血毒性的机制。另外,一些动物实验未发现甲醛有明显的造血毒性。由于动物实验一般只涉及单一暴露因子,而许多其它因素却不可避免地同时在流行病学研究中发挥作用,这可能是甲醛在动物实验研究和流行病学研究中表现出造血毒性不一致的原因所在。基于此点,我们提出甲醛可能作为一种白血病辅助因子,通过与其它某些物质协同作用促进造血毒性或白血病发生的假说。为了验证该假说,本研究以已知的白血病致病原——苯建立小鼠造血毒性模型,在此模型的基础上研究甲醛在有无苯的作用下对小鼠造血毒性的差异,为甲醛与白血病关系的研究提供新的有力证据。研究结果显示,甲醛单独作用(3mg/m~3,8hr/天,5天/周,2周)不引起BALB/c小鼠外周血全血细胞数量(CBC)显著变化,但与苯(150mg/kgbw/day,5天/周,2周)联合作用时却导致外周血各类白细胞数和血红蛋白含量急剧减少,且与苯单独染毒(BZ)组相比,总白细胞、淋巴细胞、单核细胞和粒细胞数分别下降了 59.0%(p<0.01)、55.5%(p<0.01)、59.7%(p>0.05)和66.0%(p<0.05)。BZ组、甲醛单独染毒(FA)组和苯与甲醛联合染毒(BZ+FA)组小鼠骨髓有核细胞数均急剧减少(与对照组相比,p<0.01),且BZ+FA组减少最显著。各染毒组骨髓有核细胞活性氧(ROS),BZ组骨髓有核细胞的丙二醛(MDA)含量、DNA-蛋白质交联(DPC)系数,以及FA组脾脏有核细胞ROS水平,与对照组相比都大幅升高(p<0.05,pp<0.01),但脾脏有核细胞MDA含量仅BZ+FA组上升显著(p<0.05)。BZ+FA组骨髓有核细胞ROS水平和DPC含量比BZ组和FA组都高(pp<0.01)。甲醛单独作用未导致小鼠骨髓有核细胞显著凋亡,而苯单独作用以及苯与甲醛联合作用导致骨髓有核细胞凋亡程度明显(与对照组比,p<0.05),但两组间无统计学差异。甲醛和苯都能显著上调脾脏有核细胞cleaved caspase-3表达量(与对照组比,p<0.05),诱导细胞凋亡。为了深入阐明苯或/和甲醛导致外周血CBC和骨髓有核细胞减少的原因,本研究检测了小鼠髓系祖细胞集落形成情况。结果显示各染毒组粒细胞-单核细胞共同前体集落形成单位(CFU-GM)和爆发样红系前体形成单位(BFU-E)数量与对照组相比都急剧降低(p<0.01),且BZ+FA组髓系祖细胞集落数下降最明显,其CFU-GM集落与BZ组和FA相比,分别减少了18.3%(p<0.05)和 22.1%(p<0.01);其BFU-E集落与 BZ 组和 FA 相比,分别减少了 33.3%(p>0.05)和49.2%(p<0.01)。各染毒组CFU-GM细胞ROS和凋亡水平均高于对照组(p<0.05,p<0.01),细胞DPC含量仅BZ+FA组有所上升(p<0.01)。BZ组BFU-E细胞ROS和DPC含量高于对照组(p<0.05,p<0.01),其余各组变化不大。BZ组和BZ+FA组脾脏有核细胞上清中集落刺激因子IL-3和GM-CSF含量都明显下降(与对照组相比,pp<0.05,p<0.01),且BZ+FA组下降得更显著(与BZ组相比,p<0.01),而FA组这两种集落刺激因子含量无显著改变。与对照组相比,BZ组和BZ+FA组EPOmRNA以及髓系祖细胞IL-3Rα蛋白表达明显上调(p<0.05,p<0.01),FA组和BZ+FA组髓系祖细胞GM-CSFRα和EPOR表达严重下调(p<0.01)。为了进一步评价甲醛致白血病的风险,在小鼠末次染毒后设置1周的恢复期,观察各组小鼠造血功能的恢复情况。结果表明:经过1周的恢复期,各组小鼠造血功能有较大程度的恢复。外周血细胞除了 BZ+FA组的单核细胞数目和红细胞平均体积与对照相比有变化(p<0.05),所有染毒组其余各类血细胞都与对照组无显著差异。各染毒组骨髓和脾脏有核细胞ROS、DPC、MDA以及凋亡水平都与对照组持平。H&E染色显示骨髓恢复良好,但脾脏仍有一定程度的病变。髓系祖细胞的增殖能力也得到了恢复,BZ组、FA组和BZ+FA组CFU-GM与BFU-E集落数都不再减少,相反,CFU-GM集落数还有增加的趋势,与对照组相比,分别增加了 12.3%(p>0.05)、10.7%(p>0.05)和21.7%(p<0.01),这与小鼠骨髓c-Kit免疫组化染色显示的结果基本一致。各染毒组IL-3生成量以及CFU-GM细胞ROS水平、DPC含量、凋亡程度、IL-3Rα和GM-CSFRα表达量与对照组相比都无显著差异,BFU-E细胞DPC和凋亡水平也与对照组持平。但FA组和BZ+FA组GM-CSF生成量比对照组低(p<0.05),各染毒组BFU-E细胞内ROS处于较高水平(与对照组相比,p0.05,pp<0.01),其中BZ+FA组最高(与BZ组相比,p<0.05)。各染毒组EPOR的表达量依旧下调(与对照组相比,p<0.05,p<0.01)。综上所述,甲醛的造血毒性是明显的,可使骨髓和脾脏发生病变、造成氧化应激、下调髓系祖细胞GM-CSFRα和EPOR的表达量,从而减少CFU-GM、BFU-E集落数和骨髓有核细胞数,但未引起外周血CBC的显著减少。在白血病致病原苯存在的情况下,甲醛可加剧苯导致的造血毒性,不仅使骨髓和和脾脏发生严重的病变、氧化损伤、DNA损伤以及细胞凋亡,急剧降低IL-3和GM-CSF的生成量,下调GM-CSFRα和EPOR的表达量,从而造成CFU-GM、BFU-E集落数和骨髓有核细胞数的大幅减少,同时还导致外周血各类白细胞数和血红蛋白含量极显著降低。说明甲醛与苯对小鼠的造血毒性具有协同作用,甲醛可促进造血毒性的发生。染毒的小鼠经过1周的恢复期后,虽然造血功能得到很大程度的恢复,但甲醛似乎仍显示出一定的造血毒性风险。无论是在有无苯的条件下,甲醛均显著降低小鼠GM-CSF的生成量和EPOR的表达量,然而髓系祖细胞集落形成数并未减少,特别是苯与甲醛联合作用时CFU-GM集落还显著增加。说明此时的髓系祖细胞已能响应微量的集落刺激因子进行快速增殖,这可能意味着正常造血干/祖细胞有向白血病干/祖细胞转变的风险。因此,甲醛潜在的造血毒性不容忽视。