从印记基因中筛选PM2.5暴露诱导的特异性分子标志物

马慧敏 副研究员

记基因是指从父代或是母代单一遗传给后代的基因(只表达一条链的信息),其表达受到印记控制区域的表观遗传调控。印记基因的单倍体形态使得其甲基化的改变具有更广的生物功能,其表观遗传学改变被称为“印记缺失”(LOI:“loss of imprinting”),LOI是癌症中最常见的改变之一,往往与许多细胞功能、机体生长发育和神经行为等健康效应相关。印记基因与肺生长、呼吸疾病和肺癌等有关,近期印记基因控制区(ICRs)被报道对环境的改变更加敏感,因此有望从印记基因中筛选出PM2.5暴露诱导的特异性分子标志物,更深入的理解PM2.5对人体健康的作用机制。

中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室研究生梁耀辉在导师马慧敏副研究员的指导下,与中山大学公共卫生学院胡立文副教授和董光辉教授合作,设计定组人群实验(panel study),招募30个在校大学生,在不同区域暴露,分析PM2.5暴露与人体印记基因甲基化改变的相关性,利用mixed-effects models分析PM2.5及其组分暴露与印记基因ICRs甲基化改变之间的潜在联系,筛选PM2.5暴露的特异敏感性生物标志物。

该项研究发现,PM2.5的质量浓度与印记基因甲基化间无显著相关性,但PM2.5的化学组分与八个ICRs(L3MBTL1、NNAT、PEG10、GNAS Ex1A、MCTS2、SNURF/SNRPN、IGF2R和RB1)和一个非印记基因(CYP1B1)间具呈现显著相关性。这表明,相比于非印记基因,印记基因ICRs甲基化在应对PM2.5暴露时更加容易受到PM2.5化学组分的干扰,单纯控制PM2.5质量可能不足以降低PM2.5暴露对健康的影响。在这些印记基因中,当化学组成相似时,L3MBTL1的改变程度更大,表明L3MBTL1对PM2.5化学组分暴露最为敏感。此外,研究还发现印记基因甲基化较易受到来自交通源的过渡金属暴露影响。

此项研究结果,可望为PM2.5暴露的精确预防和治疗提供指导,并为表观遗传水平上的潜在机制研究提供新视角。

图1. 主要研究内容

相关研究成果近期发表在Environmental Pollution上,该研究受国家重点研发计划、国家自然科学基金,以及广东省自然科学基金等的资助。

论文信息:Yaohui Liang, Liwen Hu, Jun Li, Fei Liu, Kevin C. Jones, Daochuan Li, Jing Liu, Duohong Chen, Jing You, Zhiqiang Yu, Gan Zhang, Guanghui Dong, Huimin Ma. Short-term personal PM2.5 exposure and change in DNA methylation of imprinted genes: Panel study of healthy young adults in Guangzhou city, China. Environmental Pollution, 2021, 116601, ISSN 0269-7491.

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.116601.