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代谢酶基因遗传变异与焦炉工DNA损伤的关联性研究

作　者: 黄国香
导　师: 邬堂春
学　校: 华中科技大学
专　业: 劳动卫生与环境卫生学
关键词: 焦炉工多环芳烃 BPDE-白蛋白加合物基质辅助激光解析电离飞行时间质谱 DNA损伤 SNPs 代谢酶
分类号: R131
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是焦炉逸散物(coke oven emission,COE)中最主要且最重要的致癌成分,可导致机体DNA损伤,而DNA损伤是焦炉工肺癌发病的主要原因。PAHs与多环芳烃受体(aryl hydrocarbon receptor, AhR)结合,导致AhR空间结构发生变化,入核后诱导多种外源性化学物代谢酶的合成,如I相代谢酶细胞色素P4501A1(cytochrome P4501A1, CYP1A1)、细胞色素P4501B1(cytochrome P4501B1, CYP1B1)、细胞色素P4502B6(cytochrome P4502B6, CYP2B6)、细胞色素P4502E1(cytochrome P4502E1, CYP2E1)。PAHs必须经过代谢酶的代谢活化之后才具有致癌性,其毒性除与本身的理化性质有关外,还与个体间遗传变异有关。在职业流行病学癌症危险度的研究中发现,作为体内致癌物PAHs代谢的关键酶CYPs,其亚家族成员CYP1A1、CYP1B1、CYP2B6和CYP2E1催化PAHs中重要致癌物苯并芘(benzo[a]pyrene, B[a]P)经CYPs催化代谢为终产物苯并(a)芘二氢二醇环氧化物(benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxide, BPDE),此终产物可与DNA和血浆中的白蛋白形成共价加合物,导致DNA的损伤。据我们所知,目前国内外研究均采用1-OHP作为PAHs职业暴露标志物,由于1-OHP生物半衰期比较短,只能反映短期内的PAHs的暴露水平,且绝大部分经尿液排出,参与DNA损伤的量极少,因此存在局限性。血浆BPDE-白蛋白加合物在血中含量较高,生物半衰期较长,可反映PAHs长期暴露水平,尽管血浆BPDE-白蛋白加合物在焦炉工人中的应用已有报道,但还未见有关研究其作为PAHs暴露标志物的报道,因此,本研究试图通过代谢酶与焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物及DNA损伤的关联研究,探讨焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物作为PAHs暴露标志物的可行性,以及在遗传学的基础上找到与焦炉工PAHs暴露与癌症风险的潜在敏感因素,为焦炉作业工人的职业暴露危害防治提供科学依据。本研究共分以下三个部分:第一部分研究对象基本情况采用职业流行病学调查方法,选取202例男性焦炉工人作为暴露组,96例来自同一工厂的男性机关管理人员以及医务人员作为对照组。通过问卷调查获得研究人群的一般资料,如年龄、工龄、吸烟及饮酒等。采用反相高效液相色潽法(reverse phase-high performance liquid chromatography, RP-HPLC)测定血浆中BPDE-白蛋白加合物水平以及碱性单细胞凝胶电泳实验检测彗星尾距(Olive Tail Moment, OTM)。结果显示,两组研究人群在年龄、工龄、吸烟及饮酒方面没有显著性差异(P>0.05)。焦炉作业工人血浆BPDE-白蛋白加合物水平(经自然对数转换后),在暴露组为(3.55( 2.37-4.11 ))显著高于对照组(3.06(1.47-2.85)),差异有显著性意义(P<0.01);外周血淋巴细胞OTM值(经自然对数转换后),在暴露组为(1.25±1.09)显著高于对照组(0.55±0.93),差异有显著性意义(P<0.01)。本部分结果提示焦炉工人中PAHs暴露标志物血浆BPDE-白蛋白加合物水平以及外周血淋巴细胞OTM值与对照组比较具有显著性差异。第二部分代谢酶基因多态性与血浆BPDE-白蛋白加合物的关联性研究焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物具有化学特性,因此其形成可能受诸多因素如PAHs外环境暴露水平、体内代谢酶的作用、以及吸烟、饮酒、饮食和生活方式等的影响。本部分通过对影响焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物形成的因素、代谢酶基因多态性与血浆中BPDE-白蛋白加合物水平的关联研究,探讨焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物作为PAHs的暴露标志物的可行性。根据国际人类基因组单体型图计划(International HapMap project, HapMap)数据库挑选了I相代谢酶中4个关键酶基因共12个标记性单核苷酸多态性(tagging single nucleotide polymorphism, tagSNPs),采用基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术,对298名焦炉工人进行基因分型,结果发现经校正了年龄、工龄、吸烟和饮酒因素后,在暴露组中,CYP2B6基因rs3760657位点GA+AA基因型携带者血浆BPDE-白蛋白加合物水平(3.31(2.01-4.07))显著低于GG基因型携带者(3.59(2.67-4.27)),差异有显著性意义(P<0.05)。单体型对分析结果显示,在对照组中,CYP2E1基因GC/GT单体型对携带者血浆BPDE-白蛋白加合物水平最低为(3.00(0.96-3.73)),与人群中分布最广泛的CG/CG单体型对相比(3.63(2.97-4.25)),差别有显著性意义(P<0.05)。本部分结果提示代谢酶基因的遗传变异是影响焦炉工血浆中BPDE-白蛋白加合物水平的主要因素,可将焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物作为PAHs的暴露标志物。第三部分代谢酶基因多态性与焦炉工DNA损伤的关联性研究体内的致癌物PAHs(以致癌性最强的B[a]P为代表),一般先由I相代谢酶CYPs氧化、还原、水解等作用,改变毒物的功能基团,使其降解或转变为亲电子极团而具致癌作用,其代谢产物BPDE与体内DNA和/或蛋白质形成共价加合物,造成DNA损伤。然而,目前流行病学研究资料中,有关代谢酶基因遗传变异与DNA损伤关联性研究甚少,且各结论间存在争议。因此,我们假设代谢酶基因遗传变异在焦炉工DNA损伤过程中起着重要的作用,探讨代谢酶基因遗传变异与DNA损伤的关联。利用第二部分的代谢酶基因12个tagSNPs的分型资料,按经对数转换后的血浆BPDE-白蛋白加合物水平的三分位数分为低暴露组、中暴露组和高暴露组3组。结果发现在高暴露组中,CYP2B6基因rs1042389位点TC基因型携带者外周血淋巴细胞OTM值(1.04±1.06)显著低于TT基因型携带者(1.51±1.05),差异有显著性意义(P<0.05)。CYP1A1基因、CYP1B1基因和CYP2E1基因的遗传变异与焦炉工DNA损伤程度无显著关联。综上所述,本研究结果提示,焦炉工人暴露于PAHs后其暴露标志物血浆BPDE-白蛋白加合物水平均明显增高,且代谢酶基因多态性是影响其形成的主要因素,因此,我们认为可以将焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物作为PAHs的暴露标志物;与PAHs相关的代谢酶对焦炉工人DNA损伤效应有重要关联,个体易感性差异对遗传效应有重要影响。本研究的创新之处在于:(1)首次发现代谢酶基因尤其是CYP2B6基因多态性可降低血浆中BPDE-白蛋白加合物的水平;(2)探讨了代谢酶基因的遗传变异与DNA损伤程度的关联性,发现CYP2B6基因遗传变异显著降低了焦炉工DNA的损伤程度。本课题局限性以及有待深入研究的方面有:(1) PAHs的代谢过程复杂,涉及到多种代谢酶基因,而这些基因可能都存在有大量SNPs,本次研究仅是初步探讨了I相代谢酶CYP1A1、CYP1B1、CYP2B6和CYP2E1四个基因的12个SNPs位点与PAHs致DNA损伤之间的关联,但其他代谢酶基因多态性对PAHs致机体的影响,如何评价焦炉工人的整体代谢过程,基因与基因的联合作用、基因与环境之间的复杂联合作用等,都需要进一步研究。因此我们目前所探讨的代谢酶基因的多态性对PAHs致机体效应的风险影响是不足的;(2)随着全基因组关联研究(genome-wide association studies, GWAS)的实施,本次少数基因少数位点的研究在解释科学假设时是不够的,因此有必要在更大的样本中验证本研究获得的阳性结果;(3)此外,对SNPs位点的细胞功能学研究不足,如可采用报告基因转染,凝胶迁移滞后实验等技术深入验证启动子区域SNPs的功能改变。

全文目录

摘要  4-8
ABSTRACT  8-15
全文缩写词  15-17
前言  17-22
第一部分研究对象基本情况  22-30
  1 研究对象和方法  22-26
  2 结果  26-28
  3 讨论  28-30
第二部分代谢酶基因遗传变异与焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物的关联研究  30-74
  第一节代谢酶基因多态性与血浆BPDE-白蛋白加合物和尿1-OHP 的关联研究  30-68
    1 研究对象与方法  30-41
    2 结果  41-65
    3 讨论  65-68
  第二节影响焦炉工血浆BPDE-白蛋白加合物形成的因素  68-74
    1 研究对象与方法  68
    2 结果  68-71
    3 讨论  71-74
第三部分代谢酶基因遗传变异与DNA 损伤的关联性研究  74-94
  1 研究对象与方法  74-75
  2 结果  75-90
  3 讨论  90-94
结论  94-95
致谢  95-96
参考文献  96-108
综述  108-128
  参考文献  121-128

代谢酶基因遗传变异与焦炉工DNA损伤的关联性研究

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