新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在血鉛影響兒童智力降低的血鉛安全閾值界定和特異性生物標(biāo)志物篩選方面取得進(jìn)展
重金屬污染是我國面臨的重要環(huán)境與健康問題，比如在我國約有五分之一的耕地面積遭到重金屬污染。重金屬是指比重大于5的金屬，包括砷、汞、鎘、鉛、銅、鐵等，由于具有富集性，在環(huán)境中難以降解。砷、鉛、汞和鎘在2019年的美國國家毒物和疾病登記署（ATSDR）的危害人體健康的有毒化合物清單中分列第一、第二、第三和第七位。這四種重金屬都具有神經(jīng)等多種毒性。以往研究往往關(guān)注單一金屬暴露對(duì)人體健康的影響，然而，多種金屬長期低濃度的聯(lián)合暴露更接近我國同時(shí)受多種重金屬污染的真實(shí)環(huán)境。
目前，我國把血鉛濃度大于100 μg/L界定為鉛中毒，然而近期的研究暗示濃度低于100 μg/L的血鉛也嚴(yán)重?fù)p害了兒童智力的發(fā)育。兒童因?yàn)榫哂形斩唷⑴判股俚牟怀墒齑x系統(tǒng)，成為重金屬污染的易感人群。根據(jù)我國國情，篩選出適合兒童的血鉛安全閾值對(duì)降低血鉛帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)和疾病負(fù)擔(dān)十分重要。
特異性生物標(biāo)志物的篩選和鑒定有利于血鉛誘導(dǎo)兒童智力降低的精準(zhǔn)預(yù)防和治療。DNA甲基化作為關(guān)聯(lián)環(huán)境污染物與人體早期健康效應(yīng)的重要橋梁，具有穩(wěn)定、易檢測(cè)、可逆等優(yōu)勢(shì)，是理想的生物標(biāo)志物。然而，目前尚缺乏血鉛影響兒童智力的特異性DNA甲基化生物標(biāo)志物。
針對(duì)以上問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士研究生萬聰在馬慧敏副研究員的指導(dǎo)下，與廣東省疾控中心潘尚霞等合作，分析了中國南方地區(qū)一個(gè)重金屬污染區(qū)學(xué)齡兒童血樣和尿樣中四種重金屬濃度及其交互作用對(duì)兒童智力的影響；采用高通量測(cè)序篩選差異甲基化片段，并采用中介分析方法鑒定出顯著介導(dǎo)血鉛與兒童智力的DNA甲基化生物標(biāo)志物；界定了血鉛影響兒童智力和標(biāo)志物DNA甲基化的濃度閾值（圖1）。該研究的主要結(jié)論如下：
圖1 主要研究內(nèi)容
1. 砷、鉛、汞和鎘四種重金屬的聯(lián)合暴露中只有血鉛與兒童智力顯著負(fù)相關(guān)，而砷、鉛、汞、鎘和四種重金屬之間的交互項(xiàng)與兒童智力沒有顯著相關(guān)性，說明四種重金屬中鉛對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的毒害最大。
2. 篩選出FAM50B1和PTCHD3兩個(gè)DNA甲基化生物標(biāo)志物。在暴露組和對(duì)照組間篩選出了582個(gè)差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和43個(gè)差異甲基化區(qū)域（DMRs），整體甲基化率下調(diào)（圖2）。富集分析發(fā)現(xiàn)這些DMRs主要與黑色素生成通路和無知覺等神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)。經(jīng)過大樣本測(cè)序驗(yàn)證出了12個(gè)差異片段，絕大多數(shù)屬于印記基因，表明印記基因?qū)Νh(huán)境擾動(dòng)更為敏感。以這些差異片段的DNA甲基化為中介變量，通過4-way分解中介分析和傳統(tǒng)中介分析方法共同鑒定出FAM50B1和PTCHD3這兩個(gè)生物標(biāo)志物顯著介導(dǎo)血鉛與兒童智力。
圖2 血鉛暴露組與對(duì)照組兒童間的差異甲基化位點(diǎn)和區(qū)域
3. 濃度低至57.0 μg/L的血鉛依然顯著影響兒童智力和標(biāo)志物基因的DNA甲基化水平，尤其是FAM50B1比較敏感，濃度低至37.1 μg/L的血鉛仍然顯著影響該基因的DNA甲基化水平，提示有關(guān)部門需要對(duì)學(xué)齡兒童血鉛標(biāo)準(zhǔn)修訂至57.0 μg/L或以下（圖2）。
圖3 血鉛濃度各個(gè)分位上兒童智力和標(biāo)志物DNA甲基化水平
4. FAM50B和PTCHD3均為印記基因，而FAM50B1和PTCHD3都具有CTCF和RAD21（調(diào)控印記基因基因表達(dá)的因子）的結(jié)合位點(diǎn)；體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉛暴露后兩個(gè)標(biāo)志物的DNA甲基化下調(diào)，同時(shí)基因表達(dá)上調(diào)，表明這兩個(gè)片段的DNA甲基化負(fù)調(diào)控其所在基因的基因表達(dá)。鑒于DNA甲基化具有可逆性和易檢測(cè)性，本研究篩選的生物標(biāo)志物可作為潛在的靶點(diǎn)用于鉛暴露引起的神經(jīng)系統(tǒng)疾病早期篩查和精準(zhǔn)治療。
以上研究結(jié)果為血鉛的安全閾值的制定提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)，篩選出的生物標(biāo)志物為兒童鉛中毒的預(yù)防和治療工作提供精確靶點(diǎn)。本研究受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金，以及廣東省自然科學(xué)基金等的資助，相關(guān)成果已發(fā)表在Environmental Science &Technology上。
Wan, C.; Pan, S.; Lin, L.; Li, J.; Dong, G.; Jones, K. C.; Liu, F.; Li, D.; Liu, J.; Yu, Z.; Zhang, G.; Ma, H., DNA Methylation Biomarkers of IQ Reduction are Associated with Long-term Lead Exposure in School Aged Children in Southern China. Environ Sci Technol 2020.
鏈接：http://dx.doi.org/10.1021/acs.est.0c01696
（有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
