PM2.5个体暴露与全基因组DNA甲基化改变的分子流行病学研究

发布时间：2020-04-14 12:35

【摘要】：大气颗粒物(Atmospheric particulate matter,PM)是指大气中的固体或液体颗粒状物质。大气颗粒物污染对人体健康损害已成为全球公共卫生领域的突出问题。2013年全球疾病负担报告表明,大气颗粒物污染可以导致290万人死亡以及6,970万伤残调整生命年。大气颗粒物对人体健康的影响与粒径大小和化学成分有关,其中细颗粒物是指空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物,即PM2.5。由于其粒径较小以及携带化学成分的复杂性,PM2.5已成为国内外对颗粒物致健康危害的研究重点。大量流行病学研究表明,PM2.5会增加人类心肺疾病的发病率和死亡率,并成为肺癌发病的危险因素之一。近年来研究表明,PM2.5暴露可以引起全基因组DNA甲基化模式的改变,进而参与PM2.5致健康损害的效应。在哺乳动物中,DNA甲基化主要发生在DNA 分子 5'-胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸(Cytosine-phosphate-guanine,CpG)序列上,即在CpG位点的胞嘧啶(C)第5位碳原子加上一个甲基基团,形成5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine,5mC)。全基因组DNA甲基化对环境暴露敏感,与基因组不稳定和基因表达相关,是疾病发生的早期事件,也是将外暴露和疾病联系起来的重要中间环节。国内外已有部分研究探讨了 PM2.5暴露与全基因组DNA甲基化的关系,然而,由于PM2.5暴露评价方法不同(主要是固定位点采样,基于个体采样的个体暴露评价方法研究相对较少)以及PM2.5中颗粒成分的复杂性等,现有的研究结论不一致。因此,为探索PM2.5及其颗粒成分暴露与全基因组DNA甲基化的关系,本研究拟基于中国多地区社区人群系统评价PM2.5个体暴露及其颗粒成分(多环芳烃)暴露与全基因组DNA甲基化的关联,并进一步从血浆代谢产物和遗传变异两个方面,分析全基因组DNA甲基化模式改变的可能机制。本项研究中的研究对象来自于中国南部,中部和北部地区的307例健康个体(珠海110人、武汉118人和天津79人)。首先通过个体疫采样器收集并评价所有研究对象24小时PM2.5个体暴露水平,采用酶联免吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测外周血白细胞全基因组DNA甲基化水平,分析PM2.5个体暴露与全基因组DNA甲基化水平的相关性;然后采用气相色谱-质谱(Gas chromatographic mass spectrometry,GC-MS)和液相色谱-串联质谱(Liquid chromatography in tandem with mass spectrometry,LC-MS)分别检测天津人群PM2.5个体暴露样品的颗粒成分——14种多环芳烃成分(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)以及血浆代谢谱,分析多环芳烃成分与全基因组DNA甲基化关系,以及血浆代谢产物在多环芳烃成分和全基因组甲基化关系中的中介效应;最后结合基因型-组织表达(Genotype-Tissue Expression,GTEx http://www.gtexportal.org/)数据库中外周血的表达数量性状(expression quantitative trait loci,eQTL)数据和 Illumina Human Exome BeadChip 平台分析遗传变异在全基因组DNA甲基化改变中的作用。通过多元线性回归分析发现,天津人群中PM2.5个体暴露与全基因组DNA甲基化水平呈现正相关(β = 0.0019,P 0.0008),在三个地区进行meta分析后,关联仍具有统计学意义(β = 0.0017,P = 0.0005)。进一步对天津人群PM2.5暴露的多环芳烃成分分析后,发现二苯并(a,h)蒽(Dibenzo(a,h)anthracene,DBa)暴露与全基因组DNA甲基化水平存在统计学意义的关联(β = 0.2163,P=0.0003);结合血浆代谢谱结果的分析表明,二苯并(a,h)蒽暴露与血浆牛磺酸水平具有显著相关性(β = 0.2630,P = 3.1896×10-5),同时牛磺酸也与全基因组DNA甲基化显著相关(β = 0.3794,P = 0.0004)。中介分析结果进一步提示,牛磺酸在二苯并(a,h)蒽暴露引起全基因组DNA甲基化改变过程中可能发挥部分中介效应(P Sobel = 0.0416)。此外,还发现牛磺酸代谢关键酶谷氨酰转肽1(Glutamyltranspeptidase1,GGT1)的 eQTL 位点-rs2070457(CA)可通过影响GGT1的mRNA表达水平,进而影响全基因组DNA甲基化水平(βmeta=-0.4264,P meta= 6.4169× 10-5)。本研究首次在中国多地区健康人群中发现PM2.5个体暴露与全基因组DNA甲基化相关,进一步对颗粒成分解析后,发现二苯并(a,h)蒽对全基因组DNA的高甲基化效应最强,而且血浆牛磺酸可能在二苯并(a,h)蒽引起的DNA甲基化改变中发挥部分中介作用,同时rs2070457也可能通过改变GGT1表达参与牛磺酸代谢通路进而影响全基因组DNA甲基化改变。本研究结果为PM2.5个体暴露致健康损害的机制研究提供了新视角。
【图文】：

流程图,基因分型,质量控制,样本

逦南京医科大学博士学位论文逡逑图１所示。在基于ＤＮＡ样本质量控制后的３０７个样本中，首先剔除在全部样本逡逑中基因型分型成功率小于９５％的３２３个ＳＮＰｓ位点；然后根据样本中的基因型分逡逑布，剔除不符合邋Ｈａｒｄｙ邋Ｗｅｉｎｂｅｒｇ邋平衡（Ｈａｒｄｙ邋Ｗｅｉｎｂｅｒｇ邋ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，邋ＨＷＥ）的邋２，，０４４逡逑个ＳＮＰｓ位点（小于１．０邋ｘ邋ｌ0＿３）；接着剔除６个基因分型成功率低于９５％的个体；逡逑最后剔除１１个Ｘ染色体上的ＳＮＰ位点，最终共纳入３０１名研究对象，共２３８，９２７逡逑个ＳＮＰｓ符合质量控制标准。逡逑４．统计分析逡逑由于全基因组ＤＮＡ甲基化数据和血浆代谢产物均不满足正态分布，因此采逡逑用逆正态分布（ｉｎｖｅｒｓｅ－ｎｏｒｍａｌ邋ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ，邋ＩＮＴ）将其转换为正态分布后进行后逡逑续分析［６９，邋７３，邋７４］。通过多元线性回归首先在每个地区分析调整年龄、性别、吸逡逑烟情况（年包）和体质指数前后，ＰＭ２．５个体暴露和全基因组ＤＮＡ甲基化的关逡逑系，再对三个地区的结果进行ｍｅｔａ分析合并，如果三地区结果不存在异质性（异逡逑质性检验Ｐ＞0．0５）则采用固定效应模型

牛磺酸,全基因组,甲基化,血浆

逦南京医科大学博士学位论文逡逑（（３＝０．１４７２，尸＝邋０．０２２４），提示牛磺酸可能仅起到部分中介效应，Ｓｏｂｅｌ检验的逡逑结果也证实了牛磺酸可能在二苯并（ａ，ｈ）蒽（ＤＢａ）引起的全基因组ＤＮＡ甲基逡逑化改变中起到中介作用（Ｐ邋＝邋０．０４１６）。逡逑（Ａ）逦（Ｂ）邋逦逡逑
【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R122

【参考文献】