交通相關(guān)空氣污染引起DNA甲基化及組蛋白H3K9乙酰化改變的表觀(guān)遺傳研究.pdf

1、目的：
　　交通空氣污染屬于混合污染，含有多種有害成分，包括顆粒物(PM)和有害氣體物質(zhì)，可引起毒性效應(yīng)。其中，表觀(guān)遺傳效應(yīng)日益引起研究者的高度重視。肺部疾病患者存在全基因組及特定基因甲基化改變、及組蛋白去乙?；?HDAC)的異常表達(dá);而另一方面，交通空氣污染中的各成分均可導(dǎo)致全基因組的低甲基化改變、抑癌基因啟動(dòng)子甲基化水平升高、及乙?；D(zhuǎn)移酶(HAT)活性的升高。因此無(wú)論從肺部疾病的角度還是從空氣污染物的角度，都說(shuō)明表觀(guān)遺傳改

2、變?cè)诮煌諝馕廴疽鸱尾考膊“l(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
　　方法：
　　選擇城市交通繁忙的某交通遂道和交通十字路口為交通污染區(qū)，以大學(xué)校園某區(qū)域?yàn)榍鍧崒?duì)照區(qū)。分別在春季和秋季，將Wistar大鼠隨機(jī)分成交通污染重暴露組（交通遂道）、中暴露組（交通十字路口）、輕暴露組/對(duì)照組（校園），采用交通污染現(xiàn)場(chǎng)自然吸入的方式連續(xù)暴露4小時(shí)、7天、14天、及28天，同時(shí)按照我國(guó)大氣質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)主要交通污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)。收集不同暴露時(shí)間窗

3、口大鼠血液及靶器官肺組織，提取基因組DNA及總組蛋白。利用焦磷酸測(cè)序?qū)θ蚪M甲基化（LINE-1、Alu）及特定基因啟動(dòng)子甲基化(p16、iNOS、及APC基因)進(jìn)行定量檢測(cè)，用定量ELISA試劑盒對(duì)組蛋白H3K9乙?；竭M(jìn)行定量檢測(cè)。
　　用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)對(duì)春秋兩季資料、及同組雌雄兩性大鼠資料進(jìn)行比較。用單因素方差分析及post-hoc（Bonferroni檢驗(yàn)）對(duì)各組間空氣污染物水平、D

4、NA甲基化、及組蛋白H3K9乙?；M(jìn)行比較。用多因素線(xiàn)性回歸分析來(lái)探索空氣污染物水平影響DNA甲基化和組蛋白H3K9乙酰化的劑量-反應(yīng)關(guān)系和時(shí)間累積效應(yīng)，用廣義線(xiàn)性模型對(duì)季節(jié)、性別及空氣污染物水平之間的交互作用進(jìn)行分析。
　　結(jié)果：
　　(1)交通空氣污染水平:
　　隧道組及十字路口組春季及秋季PM2.5、PM10、及NO2水平均顯著高于對(duì)照組(P＜0.01)，且隧道組交通PM2.5、PM10、及NO2水平均顯著高于十

5、字路口組(P＜0.01)。
　　(2)DNA甲基化改變:
　　大鼠血液和肺組織DNA甲基化水平均未見(jiàn)顯著的性別差異。4小時(shí)暴露后，隧道組和十字路口組大鼠血液和肺組織LINE-1和iNOS啟動(dòng)子甲基化水平顯著低于對(duì)照組，且隧道組肺組織APC啟動(dòng)子甲基化水平顯著高于對(duì)照組。7天暴露后，隧道組和十字路口組大鼠血液和肺組織LINE-1和iNOS啟動(dòng)子甲基化水平均顯著低于對(duì)照組，隧道組大鼠血液p16啟動(dòng)子甲基化水平顯著高于對(duì)照組，且隧

6、道組大鼠肺組織p16和APC啟動(dòng)子甲基化水平均顯著高于對(duì)照組。
　　(3)組蛋白H3K9乙?；淖?
　　大鼠血液PBMC和肺組織組蛋白H3K9乙?；骄匆?jiàn)顯著的性別差異。4小時(shí)暴露后，各組大鼠血液PBMC和肺組織組蛋白H3K9乙?；轿匆?jiàn)顯著改變，但暴露7天后，隧道組和十字路口組大鼠PBMC和肺組織組蛋白H3K9乙?；斤@著高于對(duì)照組，且隧道組乙?；揭诧@著高于十字路口組。
　　(4)交通空氣污染影響DNA

7、甲基化的劑量-反應(yīng)關(guān)系:
　　1)4小時(shí)暴露窗口中，PM2.5水平每升高1μg/m3可引起大鼠血液LINE-1甲基化降低0.027％(P=0.003)、iNOS啟動(dòng)子甲基化降低0.037％(P=0.001)，大鼠肺組織LINE-1甲基化降低0.041％(P＜0.001)。PM10水平每升高1μg/m3可引起大鼠血液LINE-1甲基化降低0.018％（P＜0.001）、iNOS啟動(dòng)子甲基化降低0.024％（P=0.001），大鼠肺組

8、織LINE-1甲基化降低0.027％（P＜0.001）。NO2水平每升高1μg/m3，大鼠血液iNOS啟動(dòng)子甲基化升高0.076％（P＜0.05）、p16啟動(dòng)子甲基化水平降低0.088％(P＜0.01)，大鼠肺組織iNOS甲基化升高0.102％(P＜0.001)。
　　2)7天暴露窗口中，PM2.5水平每升高1μg/m3，大鼠血液LINE-1甲基化水平降低0.064％(P=0.003)、iNOS啟動(dòng)子甲基化水平降低0.047％（P

9、=0.047）;肺組織LINE-1甲基化水平降低0.033％(P=0.012)、iNOS啟動(dòng)子甲基化水平降低0.053％(P=0.006)、APC啟動(dòng)子甲基化水平升高0.009％(P=0.046)。PM10水平每升高1μg/m3，大鼠血液LINE-1甲基化水平降低0.037％(P=0.003)，肺組織LINE-1和iNOS啟動(dòng)子甲基化水平分別降低0.019％(P＜0.05)和0.031％(P＜0.01)。NO2水平每升高1μg/m3可引

10、起大鼠血液LINE-1甲基化水平升高0.092％（P＜0.05），肺組織iNOS啟動(dòng)子甲基化水平升高0.099％(P＜0.001)。
　　3)對(duì)隧道中暴露不同時(shí)間(4h、7d、14d、28d)后DNA甲基化情況進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，PM2.5水平每升高1μg/m3，大鼠血液p16啟動(dòng)子甲基化升高0.037％(P=0.001)，肺組織LINE-1甲基化降低0.015％(P=0.024)、iNOS啟動(dòng)子甲基化降低0.058％(P＜0.0

11、01)、APC啟動(dòng)子甲基化升高0.008％(P=0.046)、p16啟動(dòng)子甲基化升高0.011％（P=0.011）。PM10水平每升高1μg/m3，大鼠血液LINE-1甲基化降低0.011％（P=0.020），iNOS啟動(dòng)子甲基化降低0.020％(P=0.001)，p16啟動(dòng)子甲基化升高0.019％(P=0.017);大鼠肺組織iNOS甲基化降低0.017％(P=0.004)。NO2水平升高1μg/m3可引起大鼠肺組織LINE-1甲基化

12、降低0.067％（P＜0.001）、iNOS啟動(dòng)子甲基化升高0.074％(P=0.006)。
　　(5)交通空氣污染影響組蛋白H3K9乙?；膭┝?反應(yīng)關(guān)系:
　　4小時(shí)暴露窗口中，空氣污染物水平每升高1μg/m3均未引起血液PBMC及肺組織組蛋白H3K9ac水平發(fā)生顯著改變。7天暴露窗口中，PM2.5每升高1μg/m3，PBMC和肺組織中組蛋白H3K9乙?；椒謩e升高0.475 ng/mg蛋白(P=0.014)和0.46

13、8ng/mg蛋白（P=0.017）; PM10每升高1μg/m3，PBMC和肺組織中組蛋白H3K9乙?；椒謩e升高0.280 ng/mg蛋白（P=0.014）和0.276 ng/mg蛋白(P=0.018)。對(duì)隧道中暴露不同時(shí)間(4h、7d、14d及28d)后組蛋白H3K9乙酰化水平進(jìn)行分析，結(jié)果顯示PM2.5水平每升高1μg/m3，可引起PBMC和肺組織中組蛋白H3K9乙?；椒謩e升高0.638 ng/mg蛋白(P＜0.001)和0

14、.659 ng/mg蛋白(P=0.001);PM10水平每升高1μg/m3，可引起PBMC和肺組織中組蛋白H3K9乙酰化水平分別升高0.180 ng/mg蛋白（P=0.016）和0.189 ng/mg蛋白(P=0.023)。
　　(6)交通空氣污染影響DNA甲基化和組蛋白乙?；臅r(shí)間累積效應(yīng):
　　隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，大鼠DNA甲基化和組蛋白H3K9乙?；a(chǎn)生顯著的改變，然后趨于穩(wěn)定并在暴露28天時(shí)有恢復(fù)趨勢(shì)。在隧道中暴露

15、時(shí)間每增加1天，可引起大鼠血液和肺組織LINE-1甲基化分別降低0.607％(P=0.033)和0.317％(P=0.047);血液和肺組織iNOS啟動(dòng)子甲基化水平分別降低0.842％(P=0.026)和0.688％(P=0.017);肺組織p16啟動(dòng)子甲基化升高0.248％(P=0.003);PBMC和肺組織組蛋白H3K9乙?；椒謩e升高16.033 ng/mg蛋白(P＜0.001)和15.718ng/mg蛋白(P＜0.001)。<

16、br>　　(7)季節(jié)和性別與交通空氣污染的交互作用:
　　用廣義線(xiàn)性模型對(duì)交互作用進(jìn)行分析，結(jié)果顯示季節(jié)與PM2.5、PM10及NO2在影響大鼠血液LINE-1甲基化中具有交互作用;與PM10和NO2在影響大鼠血液p16啟動(dòng)子甲基化中具有交互作用。季節(jié)與PM2.5在影響大鼠肺組織LINE-1甲基化中具有交互作用，與PM10在影響大鼠肺組織p16啟動(dòng)子甲基化中具有交互作用。性別與PM2.5在影響大鼠血液APC啟動(dòng)子甲基化和肺組織p1

17、6啟動(dòng)子甲基化中具有交互作用，與PM10在影響肺組織LINE-1甲基化中具有交互作用。另外，季節(jié)與PM2.5、NO2及SO2在影響血液和肺組織組蛋白H3K9ac中均具有交互作用，而性別與各污染物水平在影響血液和肺組織組蛋白H3K9ac中均未見(jiàn)明顯的交互作用。
　　結(jié)論：
　　本研究首次將大鼠置于交通空氣污染現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行暴露，探索了交通相關(guān)空氣污染引起DNA甲基化和組蛋白H3K9乙?；脑缙谛?yīng)、累積效應(yīng)、劑量-反應(yīng)關(guān)系和交互作用

18、，主要結(jié)論如下:
　　(1)交通空氣污染暴露的早期效應(yīng)主要為引起全基因組DNA低甲基化及系統(tǒng)性炎癥相關(guān)的改變，而隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，可對(duì)特定抑癌基因甲基化水平產(chǎn)生顯著影響。
　　(2)在一定時(shí)間內(nèi)，交通相關(guān)空氣污染影響DNA甲基化和組蛋白H3K9乙?；哂忻黠@的時(shí)間累積效應(yīng)。
　　(3)季節(jié)、性別可與某些交通相關(guān)空氣污染在影響DNA甲基化和組蛋白H3K9乙酰化中發(fā)生交互作用。
　　(4)APC基因甲基化改變對(duì)于反