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《中国疾病预防控制中心》 2011年
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宫内多环芳烃暴露对胎儿全基因组基因表达的影响

李永红  
【摘要】:目的: 研究母婴多环芳烃(PAHs)的负荷水平及各种多环芳烃的致癌风险贡献率;研究孕期宫内多环芳烃暴露对胎儿全基因组基因表达的影响;分析宫内PAHs暴露水平与癌症相关基因mRNA表达的关系,并分析各种PAHs对基因表达改变的贡献大小,为探讨PAHs的致癌机制提供参考依据,同时也为探讨孕期健康促进和疾病防治及优先控制环境污染物的筛选提供参考依据。 方法: 1.应用现场流行病学调查方法,对所选待产孕妇进行流行病学调查,并收集孕 妇外周静脉血和新生儿脐带血; 2.采用高效液相色谱-荧光检测法测定孕妇静脉血和新生儿脐带血血清Pyr、BaA、BbF、BkF、BaP、DBahA和BghiP 7种PAHs的浓度,并对各种PAHs的致癌风险的贡献率进行评价; 3.采用Affymetrix和Illumina全基因组基因表达谱芯片检测不同PAHs水平下脐带血全基因组基因表达的改变,并采用Real-time PCR进行验证; 4.采用单因素分析,分析Py、BaA、BbF、BkF、BaP、DBahA和BghiP 7种PAHs及其它可能的影响因素对基因表达改变的影响,采用多元逐步回归分析,筛选影响基因表达改变的主要影响因素; 5采用典型相关分析,分析PAHs和基因表达两组指标间的相互关系及各种PAHs对基因表达影响的贡献大小。 结果: 第一部分母婴多环芳烃体内负荷水平及各种多环芳烃致癌风险贡献率评价 1、母血和脐带血中Pyr的检出率最高,分别为97.62%和96.77%,其余6种PAHs的检出率均在70%以上。脐带血中Pyr、BaA、BaP和DBahA的浓度均高于母血浓度(P0.05),而BbF的浓度低于母血浓度(P0.05); 2、在母血和脐血中,BaP、BbF和DBahA的致癌毒性贡献率较大,分别为36.6%和38.6%、28.0%和19.0%、21.1%和25.9%。 第二部分宫内PAHs暴露引起胎儿全基因组基因表达的改变 1、Illumina芯片得到两组间差异表达的探针共660个,表达上调的差异探针342个,表达下调的差异探针318个; 2、Affymetrix芯片得到5组间的差异表达探针共1847个,表达上调的差异探针998个,表达下调的基因849个; 3、差异表达基因所参与的主要的显著性功能,包括DNA损伤修复、细胞增殖、细胞分化、凋亡调控、信号转导调控、胚胎发育、胎盘发育、神经系统发育、四肢头骨等器官形成、免疫功能及对环状有机物的反应等; 4、差异表达基因所参与的显著性信号转导通路主要包括嗅觉味觉转导通路(Olfactory transduction、Taste transduction)、MAPK信号转导通路(Mitogen-activated protein kinase signaling pathway)、代谢信号转导通路(Metabolic pathways)、黑色素瘤通路(Melanoma)、甲状腺癌通路(Thyroid cancer)、癌症信号通路(Pathways in cancer)、心肌收缩通路(Cardiac muscle contraction)、胰岛素信号通路(Insulin signaling pathway)、神经信号传递通路(Neuroactive ligand-receptor interaction)、细胞黏附分子通路(Cell adhesion molecules (CAMs))、叶酸合成(Folate biosynthesis)、不饱和脂肪酸合成(Biosynthesis of unsaturated fatty acids)等,说明宫内BaP暴露对胎儿的影响可能与肿瘤、糖尿病、心脏病、神经系统疾病及嗅味觉发育等相关; 5、在整个相互作用网络中,pathway in cancer是主要的上游pathway,而MAPK信号通路(MAPK signaling pathway)是主要的最终效应pathway。 第三部分宫内PAHs暴露与核心基因mRNA表达的关系 1、经对性别、母亲年龄、新生儿出生孕周、孕期母亲被动吸烟、常吃煎炸食品、孕期补充叶酸、母亲文化程度对基因表达影响的单因素分析,未发现上述因素对基因表达的影响具有统计学意义; 2、经对血清Pyr、BaA、BbF、BkF、BaP、DBahA、BghiP对基因表达影响的单因素分析,发现SNRPN基因的表达量随着血清Pyr、BaA、BbF、BkF、DBahA和BghiP浓度的增加而增加,表现为表达上调;RPL27A基因的表达量与血清Pyr、BaA、BbF、BkF、BaP和BghiP浓度呈显著正相关,BMP1基因的表达量与血清BbF浓度呈显著正相关,NUDT2基因的表达量与血清BaA、BbF、BaP和DBahA浓度呈显著正相关,RAD54B基因的表达量与血清BaP和BghiP浓度呈显著正相关,即随着血清PAHs水平的增加均表现为表达上调;而E2F1基因与血清BbF、BaP、DBahA和BghiP的浓度呈显著负相关,即随着血清PAHs水平的增加而表现为表达下调。 3、多元逐步回归分析的结果发现,血清BbF是SNRPN mRNA表达的主要影响因素,对SNRPN mRNA的表达具有显著正向影响作用(p=0.033);血清BkF对RPL27A mRNA表达具有正向影响作用(p=0.001),母亲文化程度对之则呈负向影响作用(p=0.014),血清BkF的标准回归系数b’的绝对值(0.444)大于母亲文化程度(b’=-0.314),表明BkF较之母亲文化程度对RPL27A mRNA表达的影响更大;BMP1 mRNA表达受血清Pyr的正向影响(p=0.043); NUDT2 mRNA表达受血清BaP的正向影响较明显(p=0.035); E2F1 mRNA表达主要受血清BaP的负向影响(p=0.039); RAD54B mRNA表达主要受血清BaP的正向影响(p=0.004)和血清BkF的负向影响(p=0.029),血清BaP的标准回归系数的绝对值(0.428)大于血清BkF(-0.316),表明血清BaP对RAD54B mRNA表达的影响可能略大于BkF。 第四部分各种PAHs对基因mRNA表达影响的作用大小 1、综合代表6个基因表达水平的典型相关变量W1与BbF之间的相关系数最大(05352),其次是BkF(0.4456)和BaP(0.3867),说明BbF与本研究所选6个癌症相关基因的表达关系最密切,对6个基因mRNA表达的影响最大,其次是BkF和BaP; 2、综合代表7种PAHs水平的典型相关变量V1与RPL27A的mRNA表达量之间的相关系数最大(0.4501),其次是SNRPN和NUDT2的表达量,说明受7种PAHs水平影响最大的是RPL27A的表达,其次是SNRPN和NUDT2的表达; 结论: 1、多种致癌性]PAHs可通过胎盘屏障进入胎儿体内,其中BaP、BbF和DBahA的致癌风险贡献最大; 2、宫内PAHs暴露可引起胎儿多种癌症相关基因mRNA表达的改变,可能会增加癌症发生的风险; 3、SNRPN、RPL27A、BMP1、NUDT2和E2F1可作为宫内PAHs暴露健康影响的候选基因; 4、不同PAHs主要影响的基因不尽相同,说明各种PAHs的作用机制可能有所不同; 5、BbF对6个癌症相关基因整体表达水平影响的贡献最大,其次是BkF和BaP; 6、用基因表达的改变来区分各种PAHs致癌毒性的大小和贡献是可行的。
【学位授予单位】:中国疾病预防控制中心
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R114

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【参考文献】
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