表觀遺傳學(xué)機(jī)制與空氣污染的健康效應(yīng)

呂占祿，王先良,*，錢(qián)巖，郭辰，梁豹,2，吳家兵,2，王菲菲，段小麗，張金良

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012 2.安徽醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生系，合肥 230032

表觀遺傳學(xué)機(jī)制與空氣污染的健康效應(yīng)

呂占祿1，王先良1,*，錢(qián)巖1，郭辰1，梁豹1,2，吳家兵1,2，王菲菲1，段小麗1，張金良1

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100012 2.安徽醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生系，合肥 230032

空氣污染是一個(gè)全球性的問(wèn)題，并且具有深遠(yuǎn)的環(huán)境影響。暴露于空氣污染會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生許多不同的影響，理解空氣污染的健康效應(yīng)又是一個(gè)復(fù)雜命題，既要考慮不同類(lèi)型的污染物同時(shí)也要考慮相關(guān)疾病的復(fù)雜性。然而越來(lái)越多的研究表明，表觀遺傳學(xué)在空氣污染相關(guān)疾病的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用?？諝馕廴疚锟梢?DNA 甲基化、組蛋白修飾和 miRNA表達(dá)等表觀遺傳學(xué)改變，這種改變往往發(fā)生在疾病產(chǎn)生的早期，因此相關(guān)研究不僅可以了解疾病的發(fā)病機(jī)制，而且還為疾病早期診斷和預(yù)防篩選可能的標(biāo)志物。本文綜述了表觀遺傳學(xué)的幾種修飾方式和空氣污染物造成不良健康損傷機(jī)制的一些研究進(jìn)展。

多環(huán)芳烴；苯；顆粒物；煙草煙霧；空氣污染；健康效應(yīng)；表觀遺傳學(xué)

環(huán)境中大量有毒有害污染物的暴露可導(dǎo)致腫瘤、出生畸形等疾病。通常我們認(rèn)為環(huán)境污染物的暴露會(huì)引起遺傳物質(zhì)的損傷諸如基因序列改變(突變、缺失、插入、倒位、易位及擴(kuò)增等)及染色體畸變等，從而影響基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致有害效應(yīng)的產(chǎn)生。然而，越來(lái)越多的研究表明，DNA甲基化等表觀遺傳學(xué)機(jī)制也與腫瘤等多種疾病和穩(wěn)態(tài)失衡密切相關(guān)[1]。當(dāng)一種污染物可以導(dǎo)致人類(lèi)基因啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化水平或組蛋白乙酰化/甲基化等化學(xué)修飾改變，但不伴有基因突變等編碼損傷時(shí)，就可以被認(rèn)為是一種表觀遺傳毒物[2]。表觀遺傳學(xué)(epigenetics)是研究在基因的DNA序列沒(méi)有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生可遺傳的遺傳信息變化，并最終導(dǎo)致可遺傳的表型變化[3-4]。

空氣污染是一個(gè)嚴(yán)重的健康問(wèn)題，在過(guò)去的幾十年中引起了全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。大量研究已經(jīng)證實(shí)了空氣污染物暴露與人類(lèi)某些疾病的發(fā)病率和死亡率有著密切的關(guān)聯(lián)[5]。諸如慢性空氣污染物暴露會(huì)引起心血管、慢性阻塞性肺炎、癌癥、神經(jīng)和哮喘等疾病的發(fā)病率[6]。最新的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，空氣污染造成的死亡率占總死亡率的6%，而且每年造成超過(guò)4萬(wàn)例相關(guān)疾病?？偟膩?lái)說(shuō)，全球各個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織開(kāi)展了強(qiáng)有力的限制措施使全球空氣污染朝著好的趨勢(shì)發(fā)展，但是在發(fā)展中國(guó)家或者是在某些發(fā)達(dá)國(guó)家空氣污染造成的公眾健康損害問(wèn)題依然嚴(yán)峻[7]。目前越來(lái)越多的研究證實(shí)空氣中造成健康損害的污染物主要包括顆粒物(PM)、苯、多環(huán)芳烴(PAHs)、煙草煙霧等，同時(shí)研究也表明這些污染物造成健康損傷的機(jī)制主要涉及到表觀遺傳學(xué)，包括DNA甲基化、組蛋白修飾和微小RNA (miRNA) 修飾等[8]。本文綜述了表觀遺傳學(xué)的幾種修飾方式和空氣污染物造成不良健康損傷機(jī)制的一些研究進(jìn)展。

1 表觀遺傳學(xué)修飾

1.1 DNA甲基化

DNA甲基化對(duì)于正?；虻谋磉_(dá)調(diào)控具有非常重要的作用，而且DNA甲基化水平很大程度受到環(huán)境因素的影響。DNA甲基化是一種酶促的化學(xué)修飾過(guò)程，細(xì)胞甲基化模式建立于配子形成期，并在發(fā)展過(guò)程中發(fā)生變化，任何特定細(xì)胞DNA甲基化模式的建立都是甲基化、去甲基化動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，這些過(guò)程主要受到DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMT)和去甲基化轉(zhuǎn)移酶調(diào)控[9]。在哺乳動(dòng)物的基因組中5′甲基胞嘧啶(C)占總胞嘧啶的2%～7%，并集中在二核苷酸胞嘧啶(CpG)結(jié)構(gòu)中。在DNA復(fù)制后由DNMT催化，以S-腺苷甲硫氨酸為甲基供體，將甲基轉(zhuǎn)移到5′-CG-3′序列的胞嘧啶環(huán)5′C位[10]。DNA甲基化涉及到許多細(xì)胞的調(diào)節(jié)過(guò)程，比如染色體結(jié)構(gòu)和重塑、X染色體的失活、基因印跡、染色體的穩(wěn)定性以及基因的轉(zhuǎn)錄等[11]。甲基化是哺乳動(dòng)物基因組中最常見(jiàn)的一種DNA結(jié)構(gòu)修飾，也是表觀遺傳的一種重要機(jī)制，環(huán)境因素，諸如環(huán)境空氣污染會(huì)影響全基因組甲基化模式，提示這些表觀遺傳變異與疾病有關(guān)聯(lián)[12]。

1.2 組蛋白修飾

組蛋白是染色質(zhì)的蛋白組分，DNA分子與其緊密結(jié)合構(gòu)成核小體。組蛋白翻譯后有多種修飾方式，包括乙酰化、甲基化、磷酸化及泛素化等[13]。這些修飾反應(yīng)會(huì)影響組蛋白與DNA分子的相互作用，從而導(dǎo)致DNA修復(fù)與復(fù)制、基因轉(zhuǎn)錄、染色體的重排生理過(guò)程發(fā)生改變[14]。組蛋白修飾幾個(gè)潛在機(jī)制包括：1)乙酰化，通過(guò)乙?；D(zhuǎn)移酶添加一個(gè)乙?；浇M蛋白尾部的賴(lài)氨酸殘基上，中和組蛋白的正電荷，從而降低組蛋白與DNA的親和力，提高轉(zhuǎn)錄；2)甲基化，類(lèi)似于DNA甲基化，通過(guò)甲基化轉(zhuǎn)移酶將一個(gè)甲基轉(zhuǎn)移到賴(lài)氨酸或精氨酸上；3)磷酸化，增加一個(gè)磷酸基，增大組蛋白的負(fù)電荷，從而提高組蛋白與DNA鏈的排斥力，降低轉(zhuǎn)錄；4)泛素化，在賴(lài)氨酸側(cè)鏈添加一個(gè)泛素蛋白(含有76個(gè)氨基酸)，并與DNA鏈的上下游共同影響其轉(zhuǎn)錄。組蛋白修飾調(diào)控是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，不僅是在組蛋白修飾的幾種潛在機(jī)制之間，而且還與DNA甲基化、微小RNA (miRNA)之間都有關(guān)聯(lián)，在真核細(xì)胞中構(gòu)成了一個(gè)完整的表觀遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[15]。

1.3 微小RNA(miRNA)

miRNA是由機(jī)體內(nèi)源基因轉(zhuǎn)錄的約60～70 nt的發(fā)夾結(jié)構(gòu)前體(Pre-miRNA)被Dicer酶切割后產(chǎn)生的約20～22 nt長(zhǎng)度非編碼單鏈核苷酸片段[16]。miRNA典型的功能是通過(guò)負(fù)調(diào)節(jié)mRNA的加工、穩(wěn)定和翻譯，從而在一個(gè)新的層次調(diào)控遺傳信息和細(xì)胞功能[17]。最新的研究表明miRNA的表達(dá)可能涉及到發(fā)育、炎癥、凋亡及細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而影響多種疾病發(fā)病機(jī)理，包括心血管疾病、癌癥、代謝疾病、肺發(fā)育和呼吸系統(tǒng)疾病等[18-19]。

2 空氣污染物對(duì)表觀遺傳的影響

2.1 顆粒物(PM)和柴油車(chē)尾氣顆粒物(DEPs)

環(huán)境空氣中懸浮著的液態(tài)或固態(tài)微粒通常被稱(chēng)為環(huán)境空氣顆粒物。顆粒物的粒徑是描述顆粒物的一個(gè)重要指標(biāo)?？諝忸w粒物的空氣動(dòng)力學(xué)直徑通常在0.1～100 μm之間。根據(jù)顆粒物的來(lái)源等差異，按照空氣動(dòng)力學(xué)粒徑劃分，環(huán)境空氣中的顆粒物主要包括空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤100 μm的顆粒物、≤10 μm的顆粒物、介于10 μm與2.5 μm之間的顆粒物、≤2.5 μm的顆粒物和≤0.1μm的顆粒物，國(guó)際上目前主要分別被稱(chēng)為總懸浮顆粒物(TSP)、可吸入顆粒物(PM10)、粗顆粒物(PM10-2.5)、細(xì)顆粒物(PM2.5)、超細(xì)顆粒物(PM0.1)等[20]。環(huán)境醫(yī)學(xué)和流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，顆粒物是對(duì)人類(lèi)健康危害最大的空氣污染物之一，其暴露與心肺疾病及肺癌住院率和死亡率的增加有關(guān)[21]。隨著表觀遺傳學(xué)研究的不斷深入，無(wú)論從人群流行病學(xué)、體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還是細(xì)胞生物學(xué)等方面的有關(guān)研究都表明大氣顆粒物的有害效應(yīng)與表觀基因(epigene)的表達(dá)異常有關(guān)，它可通過(guò)不同的表觀遺傳學(xué)修飾，如改變DNA甲基化和組蛋白乙酰化水平，從而影響基因的表達(dá)調(diào)控，引起相應(yīng)的疾病后果。

近年來(lái)，有關(guān)全基因組甲基化水平(通過(guò)轉(zhuǎn)座重復(fù)序列Alu和LINE-1甲基化水平來(lái)估計(jì))與顆粒物暴露的人群流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，PM10和PM2.5在多種疾病的發(fā)病過(guò)程中，主要引起全基因組低甲基化[22]。例如暴露于PM10的鑄造廠工人血液樣品一氧化氮合酶(iNOS)基因啟動(dòng)子區(qū)的甲基化水平比較低，進(jìn)而使一氧化氮合酶基因的表達(dá)增多，活性提高，有助于炎癥和氧化應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生，這是吸入性的空氣污染物引起急性健康效應(yīng)的主要機(jī)制[23-25]。同一研究組還發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期暴露于PM10,暴露時(shí)間與Alu和LINE-1的甲基化水平呈負(fù)相關(guān)[25]。炭黑是來(lái)自汽車(chē)尾氣的一種標(biāo)志性顆粒物，來(lái)自波士頓老年人社區(qū)1 097份血液樣品的調(diào)查研究表明，LINE-1區(qū)DNA甲基化與炭黑暴露有關(guān)[26]，而在癌癥和心血管疾病患者中發(fā)現(xiàn)重復(fù)序列區(qū)高甲基化[27]。進(jìn)一步的體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，顆粒物暴露(包括黑碳和PM2.5)與高同型半胱氨酸血癥有關(guān)[28]，而高同型半胱氨酸血癥是甲基供體低利用率的標(biāo)志，與全基因組低甲基化有關(guān)[29]。Carmona等[30]收集美國(guó)馬薩諸塞州總共2 280份男士(其年齡從21歲到80歲，平均年齡為42歲)血液樣品，檢測(cè)其短期暴露于汽車(chē)尾氣型燃煤型黑碳后，炎癥反應(yīng)相關(guān)基因MAPK(絲裂原活化蛋白激酶)和NF-kappaB(細(xì)胞核因子酉乙蛋白)的DNA甲基化改變情況。研究發(fā)現(xiàn)84個(gè)MAPK通路基因中有14個(gè)基因的DNA甲基化水平與汽車(chē)尾氣型和/或燃煤型黑碳的暴露具有顯著相關(guān)性，而在NF-kappaB通路基因中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)的基因[30]。

關(guān)于大氣顆粒物與基因組甲基化關(guān)系的體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道并不多。其中Soberanes等[31]以小鼠及鼠原代肺泡上皮細(xì)胞為研究對(duì)象，研究空氣污染顆粒物是否可通過(guò)線(xiàn)粒體ROS-JNK-DNMT1 通道誘導(dǎo) p16 基因啟動(dòng)子的高甲基化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小鼠和肺泡上皮細(xì)胞中，PM2.5暴露增加了ROS生成，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNA methyltransferase1，DNMT1)上調(diào)和p16啟動(dòng)子高甲基化。Yauk等[32]通過(guò)暴露于鋼鐵廠附近空氣的小鼠與對(duì)照組小鼠相比較，發(fā)現(xiàn)暴露組小鼠精子DNA出現(xiàn)高甲基化，而且這種變化在即使去除環(huán)境暴露的情況下還會(huì)持續(xù)存在，但空氣污染產(chǎn)生的DNA甲基化是否會(huì)出現(xiàn)隔代遺傳還需要進(jìn)一步的研究來(lái)證實(shí)。

在細(xì)胞生物學(xué)研究方面,Miousse等[33]以小鼠的RAW264.7巨噬細(xì)胞為對(duì)象，研究PM10暴露對(duì)于細(xì)胞表觀基因組的改變，結(jié)果顯示，暴露于10～200 μgmL-1濃度的PM10能夠引起細(xì)胞表觀基因組的改變，尤其是DNA甲基化的改變和重復(fù)區(qū)段DNA和DNA甲基化機(jī)制相關(guān)基因的表達(dá)。蘆茜[34]以H9c2大鼠肌細(xì)胞作為研究對(duì)象，研究PM2.5對(duì)甲基化修飾狀態(tài)的影響，結(jié)果顯示，PM2.5干預(yù)心肌細(xì)胞后，β1受體基因啟動(dòng)子甲基化水平明顯下降，且具有明顯劑量反應(yīng)關(guān)系；在1～100 μgmL-1范圍內(nèi)，隨PM2.5濃度增高，β1受體基因啟動(dòng)子甲基化率逐漸減低[34]。

大氣顆粒物暴露引起有害效應(yīng)的整個(gè)過(guò)程中，全基因組低甲基化可能起關(guān)鍵作用，同時(shí)，其與特殊飲食、遺傳多態(tài)性三者的交互作用也不容忽視[35-36]。但是，隨著年齡的增加，LINE-1 甲基化水平會(huì)降低[37]，因此，顆粒物暴露有關(guān)的LINE-1甲基化水平降低與患相關(guān)疾病風(fēng)險(xiǎn)增加這個(gè)因果關(guān)聯(lián)的結(jié)論仍有待進(jìn)一步證實(shí)。

柴油車(chē)尾氣顆粒物(DEPs)是另外一種非常重要的空氣顆粒物污染的組成部分。Liu等[38]以小鼠為研究對(duì)象，研究DEPs是否可誘導(dǎo)體內(nèi)γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)和白介素-4(IL-4)基因啟動(dòng)子甲基化改變以及這種改變是否影響免疫球蛋白E(IgE)的調(diào)節(jié)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吸入DEPs和煙曲霉菌(真菌變應(yīng)原)可誘導(dǎo)IFN-γ基因啟動(dòng)子CpG-45、CpG-53、CpG-205位點(diǎn)低甲基化和IL-4基因啟動(dòng)子CpG-408位點(diǎn)高甲基化，且這2個(gè)基因的啟動(dòng)子甲基化改變與IgE水平改變有關(guān)。同時(shí)Portha等[39]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)暴露于DEPs能夠增加IgE對(duì)環(huán)境過(guò)敏原的敏感性，引起干擾素-g(IFN-g)啟動(dòng)區(qū)幾個(gè)位點(diǎn)的甲基化從而誘導(dǎo)其基因的沉默，同時(shí)伴隨著白介素-4(IL-4)啟動(dòng)子區(qū)CpG位點(diǎn)的甲基化從而導(dǎo)致IL-4的高表達(dá)。Jardim等[40]以人原代支氣管上皮細(xì)胞為研究對(duì)象，研究DEPs暴露對(duì)miRNA表達(dá)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，暴露于DEPs后，人呼吸道上皮細(xì)胞中197個(gè)miRNA表達(dá)發(fā)生了明顯改變(倍數(shù)≥1.5)。對(duì)其中4個(gè)顯著性改變的miRNA(miR-513a-5p、miR-494、miR-923和miR-96)進(jìn)行qRT-PCR驗(yàn)證顯示，DEPs可引起前3個(gè)miRNAs表達(dá)明顯增加以及miR-96 表達(dá)明顯下降，對(duì)這 4個(gè)miRNA 進(jìn)行靶基因預(yù)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分靶基因富集在炎癥反應(yīng)通道和腫瘤相關(guān)疾病中[40]。

2.2 苯

苯是一種普遍存在，由交通和吸煙產(chǎn)生的空氣污染物，也是確定的一種致癌性物質(zhì)，對(duì)造血系統(tǒng)有毒性，長(zhǎng)期接觸可引起急性骨髓性白血病(AML)和骨髓增生異常綜合征(MDS)[41]，高劑量的苯暴露能夠增強(qiáng)患急性的骨髓性白血病的風(fēng)險(xiǎn)[42]。

Snyder等[43]研究了加油站服務(wù)人員和交通警察的外周血DNA的甲基化是否與其低劑量苯的暴露有關(guān)，他們發(fā)現(xiàn)吸入型苯的暴露與Alu和LINE-1的甲基化具有顯著相關(guān)，而且也與P15基因的高甲基化和抗癌基因MAGE-1的低甲基化有關(guān)。這是首次有關(guān)低劑量致癌物暴露與DNA 甲基化關(guān)系的人類(lèi)研究，并在健康的研究對(duì)象中發(fā)現(xiàn)了腫瘤細(xì)胞所具有的表觀遺傳學(xué)異常改變[39]。但是該研究并不能排除其他交通污染物暴露對(duì)結(jié)果的影響。此外，以確診為苯中毒的11名(5男6女)工人為病例組，以同工廠相同工種非苯中毒工人為對(duì)照組進(jìn)行病例對(duì)照的研究發(fā)現(xiàn)，病例組p16啟動(dòng)子區(qū)第4CpG位點(diǎn)，p15啟動(dòng)子區(qū)第 3CpG 位點(diǎn)的甲基化水平高于對(duì)照組，且前者具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)[44]。該研究同時(shí)也不能完全排除混雜因素的影響。以及最近，一項(xiàng)以6名暴露于苯的工人( 男4女)為病例組，4名未有苯暴露史的工人(2男2女)為對(duì)照組的病例對(duì)照研究，檢測(cè)了2組外周血DNA中800多個(gè)基因DNA甲基化圖譜，發(fā)現(xiàn)很多CpG位點(diǎn)甲基化的改變與苯暴露有關(guān)，如：RUNX3基因(骨髓增生性疾病與其表達(dá)的改變相關(guān))甲基化水平降低，MSH3(維持基因組穩(wěn)定性的關(guān)鍵基因之一)甲基化水平升高。另外，研究還發(fā)現(xiàn)苯暴露對(duì)基因甲基化的影響可能有性別差異[45-46]。

Hu等[47]以人的正常肝細(xì)胞L02為研究對(duì)象，研究苯及其代謝物改變?nèi)蚪MDNA甲基化水平，便以評(píng)估這些DNA甲基化位點(diǎn)的改變是否能夠被不同活性的DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMT)誘導(dǎo)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)苯二酚和1,4-苯醌能夠誘導(dǎo)全基因組DNA低甲基化，且統(tǒng)計(jì)學(xué)具有顯著差異(P<0.05)；苯、苯酚和1,2,4-苯三酚全基因組DNA甲基化沒(méi)有顯著差異。進(jìn)一步的體外試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，苯的活性代謝產(chǎn)物對(duì)苯二酚能引起人類(lèi)淋巴母細(xì)胞株 TK6 細(xì)胞全基因組低甲基化，IL12 基因高甲基化、RUNX1T1 及 MAGEA1 基因低甲基化，支持了前人的研究結(jié)果[45]。另外，苯暴露還與miR-154，miR-487a，miR-493-3p，miR-668 表達(dá)下降有關(guān)[48,49]。同時(shí)苯的暴露引起的潛在的表觀遺傳學(xué)效應(yīng)還得需要進(jìn)一步的深入研究。

2.3 多環(huán)芳烴(PAHs)

PAHs 是一種常見(jiàn)的致癌物，吸煙、生活環(huán)境被污染或食用污染食物的人群，比普通人群接觸更多的PAHs，肺癌及其他疾病的發(fā)病率也相對(duì)升高[50]。在PAHs毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)或人群流行病學(xué)研究中，苯并[a]芘(B[a]P)常常作為PAHs暴露的指示物。Pavanello 等[53]以49名非吸煙的焦?fàn)t工人(暴露于高濃度的PAHs)為病例組，以43名非吸煙接待員為對(duì)照組進(jìn)行病例對(duì)照研究，發(fā)現(xiàn)病例組外周血全基因組高甲基化、p53、HIC1基因啟動(dòng)子低甲基化，提示這可能與PAHs暴露有關(guān)。此外，Hew 等[51]以來(lái)自美國(guó)加利福尼亞州中部城市夫勒斯諾市具有遺傳性過(guò)敏癥的孩子(這些孩子被確診為患有哮喘和/或過(guò)敏性鼻炎)為研究對(duì)象，研究空氣中PAHs的暴露與遺傳性過(guò)敏癥的孩子免疫系統(tǒng)損傷之間的關(guān)聯(lián)性。研究結(jié)果顯示高于平均濃度的PAHs暴露與調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory cell,Treg)功能受損和叉頭框蛋白3(FOXP3)高甲基化具有顯著差異(P<0.05)，而且這些表觀遺傳學(xué)的修飾與不同F(xiàn)OXP3表達(dá)也存在顯著差異(P<0.001)。

進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)小鼠暴露于城市及工業(yè)污染源3周后，其精子細(xì)胞全基因組存在高甲基化現(xiàn)象，而且小鼠肺中的PAH-DNA加合物水平升高證實(shí)了小鼠PAHs暴露[32]。

在體外細(xì)胞生物學(xué)方面，Damiani 等[52]為確定癌前病變關(guān)鍵的調(diào)節(jié)因子而開(kāi)發(fā)了體外細(xì)胞轉(zhuǎn)化模型，發(fā)現(xiàn)永生化支氣管上皮細(xì)胞暴露于致癌物苯并[a]芘二醇環(huán)氧化物后，DNMT1 蛋白水平表達(dá)增加，并且不同轉(zhuǎn)化細(xì)胞系中5～10個(gè)基因啟動(dòng)子高甲基化與DNMT1蛋白水平相關(guān)。作者認(rèn)為，苯并[a]芘二醇環(huán)氧化物是支氣管上皮細(xì)胞永生化轉(zhuǎn)化的原因，DNMT1介導(dǎo)了其引起的甲基化。Pavanello 等[53]研究發(fā)現(xiàn)，健康個(gè)體職業(yè)暴露于高濃度B[a]P 的環(huán)境，也有p53低甲基化的現(xiàn)象，且患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)明顯升高。此外，以小鼠胚胎的成纖維細(xì)胞長(zhǎng)期暴露于B[a]P后，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其全基因組高甲基化，且DNMT1過(guò)表達(dá)，支持了Damiani等的觀點(diǎn)[54-55]。

鑒定 PAHs 暴露的早期生物學(xué)標(biāo)志能保證采取有效預(yù)防措施減少 PAHs 暴露及其引發(fā)的有害效應(yīng)。ACSL3 基因 5'-CGI 甲基化狀態(tài)似乎與經(jīng)胎盤(pán)的 PAHs 暴露有關(guān)，還與 PAHs 暴露有關(guān)的哮喘相關(guān)，可作為 PAHs 暴露的候選生物標(biāo)志物，同樣也可預(yù)測(cè)有 PAHs 暴露史的母親所生后代患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)。目前，B[a]P 暴露相關(guān)的DNA 甲基化及組蛋白乙?；膱D譜已經(jīng)出現(xiàn)[52,56]，ChIP-on-chip 技術(shù)將有助于描述外界環(huán)境的變化如何影響細(xì)胞和生物體的表觀遺傳調(diào)控以及細(xì)胞對(duì)暴露的反應(yīng)，進(jìn)一步的人群及體外研究有助于篩選出 PAHs 暴露有關(guān)疾病的生物標(biāo)志物并揭示其致病機(jī)制。

2.4 煙草煙霧

煙草煙霧是另外一種廣泛研究的環(huán)境暴露物，尤其在基因與環(huán)境交互作用方面。暴露于煙草煙霧能夠?qū)е略S多不良的健康效應(yīng)，特別是呼吸系統(tǒng)疾病如慢性阻塞性肺病、哮喘、肺癌，以及心血管疾病和其他癌癥等[6]。這些疾病與煙草煙霧之間的作用機(jī)制依然還沒(méi)有完全理解，但似乎表觀遺傳學(xué)在調(diào)節(jié)吸煙對(duì)人體健康的影響方面可能發(fā)揮著重要作用。

2005年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)孕婦吸煙與嬰兒哮喘的發(fā)病率具有密切的關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步的體外研究也發(fā)現(xiàn)哮喘的發(fā)病與表觀遺傳學(xué)修飾的相一致[57]。事實(shí)上，其他一些研究也證實(shí)了孕婦吸煙能夠?qū)е缕渥訉m內(nèi)的嬰兒暴露于煙草煙霧，從而引起嬰兒DNA甲基化的改變。同時(shí)也能引起一些特殊基因的甲基化，如生長(zhǎng)發(fā)育基因、癌癥和免疫功能基因、以及對(duì)有毒或致癌物質(zhì)分解功能的基因等[58]，以及生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)的miRNA表達(dá)下調(diào)[59]。

3 展望

DNA甲基化、組蛋白修飾及miRNA調(diào)控等表觀遺傳學(xué)修飾，在功能上，是基因組適應(yīng)環(huán)境變化的一種有效手段；在機(jī)制上，是通過(guò)各種不影響基因組序列的方法對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控；由于生物總是要對(duì)環(huán)境的各種變化進(jìn)行適應(yīng)，而同時(shí)要竭力維持遺傳序列的穩(wěn)定性，這就使得表觀遺傳修飾幾乎每時(shí)每刻都在發(fā)生著變化，表觀遺傳修飾滲透了人類(lèi)健康與疾病的全部領(lǐng)域。目前無(wú)論人群流行病學(xué)、體外動(dòng)物實(shí)驗(yàn)還是細(xì)胞生物學(xué)研究都表明在空氣污染物暴露相關(guān)效應(yīng)的發(fā)生、發(fā)展中，表觀遺傳學(xué)調(diào)控起著非常重要的作用。而表觀遺傳學(xué)效應(yīng)發(fā)生往往是在疾病產(chǎn)生的早期，并且具有可逆性，因此，對(duì)其進(jìn)行研究還可為空氣污染物暴露相關(guān)疾病早期診斷和預(yù)防篩選可能的標(biāo)志物。但現(xiàn)有的報(bào)道數(shù)量較少，考察的基因角度不夠全面深入，不同的表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制間的相互關(guān)系仍不明確，因此不能夠得到有效的結(jié)論，至于表觀遺傳生物標(biāo)志的應(yīng)用，則還有更長(zhǎng)的路要走，但是隨著表觀遺傳學(xué)相關(guān)領(lǐng)域研究的深入，相信將來(lái)定會(huì)更完整地剖析表觀遺傳學(xué)效應(yīng)在空氣污染物暴露相關(guān)疾病中的重要作用，為空氣污染物相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制研究提供新視野，為其早期診斷和預(yù)防提供新思路。

世界衛(wèi)生組織(WHO)于2006年10月6日向全世界發(fā)布最新大氣質(zhì)量基準(zhǔn)(air quality guidelines,AQC)，該大氣質(zhì)量基準(zhǔn)以人體健康為前提科學(xué)地限定了主要空氣污染物的含量，它適用于全球所有區(qū)域[60]。我國(guó)于2012年才將PM2.5納入到常規(guī)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[61]。目前空氣污染物的健康危害評(píng)價(jià)方法涵蓋急性毒性評(píng)價(jià)、慢性毒性評(píng)價(jià)及致突變、致畸性、致癌。新近研究發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)關(guān)注的“三致”等健康危害之外，以去甲基化能力為代表的表觀遺傳毒性更應(yīng)該得到足夠的重視，因?yàn)檫@種表觀遺傳毒性在環(huán)境污染物作用中更為廣泛，比“三致”毒性更容易出現(xiàn)。因此，開(kāi)展環(huán)境介質(zhì)的綜合毒性效應(yīng)評(píng)價(jià)是支撐未來(lái)環(huán)境污染管理、制定空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等不可避免的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。事實(shí)上，國(guó)際上有專(zhuān)家已經(jīng)開(kāi)始認(rèn)為以去甲基化能力為代表的表觀遺傳毒性成為了環(huán)境污染物對(duì)人體健康危害研究的前沿，是環(huán)境與人體交互作用的第一站。

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◆

Epigenetic Mechanism and It’s role in the Negative Health Effect of Air Pollution

Lv Zhanlu1，Wang Xianliang1,*，Qian Yan1，Guo Chen1，Liang Bao1,2，Wu Jiabing1,2，Wang Feifei1，Duan Xiaoli1，Zhang Jinliang1

1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China 2.School of Public Health,Anhui Medical University,Hefei 230032,China

19 November 2014 accepted 11 December 2014

Air pollution is a global problem with far-reaching environmental impacts.Exposure to air pollution has been linked to a series of adverse health effects.Understanding the healthy impact of ambient air pollution is a complicated given because of the diversity of the pollutants involved as well as the complexity of diseases associated.However,a growing number of studies show that epigenetics mechanism plays an important role in the occurrence and development of air pollution related diseases.Air pollutants caused epigenetic changes often occur in the early stages of the diseases,including DNA methylation,histone modification and miRNA expression.Study of the epigenetic changes can help not only to understand the pathogenesis of a disease,but also to screen potential biomarkers for disease early diagnosis and prevention.This review aims to provide a brief overview on epigenetic modifications and summarize the underlining mechanisms of adverse health effects caused by ambient air pollution.

PAHs；benzene；particulate matter；cigarette smoke；air pollution；health effect；epigenetics

國(guó)家自然科學(xué)基金(20907047)；國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(200909036，201309045)；中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)專(zhuān)項(xiàng)基金(2008KYYW05)

呂占祿(1985-)，助理研究員，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理學(xué),Email: lvzhanlu1015@163.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: xlwang@craes.org.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20141119003

2014-11-19 錄用日期：2014-12-11

1673-5897(2015)4-017-08

X171.5

A

王先良(1978-)，副研究員，主要開(kāi)展人群與環(huán)境暴露的交互作用，化學(xué)污染物健康危害的識(shí)別、檢測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)研究。

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