Charakterisierung des toxischen Potentials von alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen mit in-vitro Testmethoden

Untersucht wurden eine Reihe von alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen, die im Hinblick auf ihr Vorkommen in Lebensmitteln, ihrer zum Teil noch nicht hinreichend bekannten toxikologischen Wirkungen und Hinsichtlich möglicher Struktur-Wirkungsbeziehungen ausgewählt wurden: (E)-2-Hexenal (HEX), (E)-2-Octenal (OCTE), (E)-2-Nonenal (NONE), (2E,4E)-2,4-Hexadienal (HEXDI), (2E,6Z)-2,6-Nonadienal (NONDI), (E)-2-Zimtaldehyd (CA) und 2-Cyclohexen-1-on (CHX). Mit Hilfe der gewonnen Daten sollte eine Abschätzung des toxischen (gentoxischen) Potentials der Verbindungen ermöglicht werden. Neben Cytotoxizität und Wachstumshemmung wurde vor allem auf Induktion von DNA-Schäden mittels Comet-Assay geprüft, für einige Substanzen auch auf Induktion von Mutationen mittels HPRT-Test. Weiterhin wurden Veränderungen des zellulären Glutathionspiegels und oxidative DNA-Modifikationen mittels modifiziertem Comet-Assay erfaßt. In orientierenden Versuchen wurde auf Induktion von Apoptose mittels Durchflußcytometrie geprüft. Die Untersuchungen wurden an V79 Zellen, einer Lungenfibroblastenzellinie des Chinesischen Hamsters, Caco-2 Zellen, einer humane Adenocarcinomzellinie, und an primären humanen Colonzellen durchgeführt. Ergänzend wurde auf Gentoxizität an Bakterien im UMU-Test geprüft. Die Ergebnisse zeigen, daß alle untersuchten alpha,beta-ungesättigten Carbonylverbindungen außer NONE in nicht cytotoxischen Konzentrationen konzentrationsabhängig DNA-Schäden in den verschiedenen Säugerzellen induzieren. Eine DNA-schädigende Wirkung von NONE konnte aufgrund der starken cytotoxischen Wirkung der Verbindung nicht beobachtet werden. Induktion von Apoptose, die für HEX in V79 Zellen untersucht wurde, konnte nicht nachgewiesen werden. Somit kann für die beobachteten DNA-Schäden eine gentoxische Wirkung angenommen werden. Mutagenität war für HEX, nur in der Nähe des cytotoxischen Grenzbereichs nachweisbar. Im Vergleich zur DNA-Schädigung in geringeren Konzentrationen depletierten alle untersuchten Verbindungen den Glutathionspiegel. Erstmals konnte unter diesen Bedingungen eine erhöhte Empfindlichkeit der Zellen gegenüber induziertem oxidativem Streß (H2O2) nachgewiesen werden. Weiterhin wurde erstmals für HEX eine erhöhte oxidative DNA-Schädigung im Verlauf einer mehrstündigen Postinkubation (ohne Zugabe eines Oxidans) gezeigt. Die Bedeutung dieser oxidativen DNA-Schäden für die gentoxische Wirkung der 2-Alkenale/CHX ist derzeit noch nicht abschätzbar. Für den UMU-Test wurde belegt, daß er zum Nachweis gentoxischer Wirkungen von 2-Alkenalen ungeeignet ist, aufgrund einer durch die Substanz bedingte Beeinflussung der beta-Galactosidase-Aktivität. Am wirksamsten waren NONDI und NONE in den verwendeten Testsystemen. Das geringe Vorkommen dieser Verbindungen in der Umwelt/Nahrung und ihre starke Cytotoxizität relativieren jedoch das gentoxische Gefährdungspotential. HEX war in der Regel entweder gleich stark (GSH-Depletion; Induktion oxidativer Schäden) oder leicht schwächer (Induktion von DNA-Schäden) wirksam als NONDI/NONE. Die Verbindungen (OCTE, HEXDI und CHX) sind schwächer wirksam und/oder kommen in deutlich geringeren Mengen vor, so daß für sie von einem zu vernachlässigenden Gefährdungspotential ausgegangen werden kann. CA besitzt ebenfalls eine geringere gentoxische Wirkung als HEX, da aber keine Daten zur täglichen Aufnahme vorliegen, ist eine Riskoabschätzung nicht möglich. Aufgrund der deutlich geringeren cytotoxischen Wirkung von HEX im Vergleich zu NONE/NONDI (Faktor 14) und des relativ hohen Vorkommens (geschätzte mittlere tägliche Aufnahme pro Person: ca. 6 mg) ist das mögliche Gefährdungspotential durch HEX höher einzuschätzen