血小板mtDNA甲基化作为PM暴露的易感性生物标志物的探索性研究

Mitochondria are highly sensitive to PM-related oxidation and mitochondrial DNA (mtDNA) is particularly vulnerable to reactive oxygen species (ROS) because of lack of protective histones, which are established determinants of DNA methylation alterations. Abnormal platelets are associated with Cardiovascular Dieases (CVD) which are critically dependent on energy production in mitochondria. Platelet mtDNA methylation might be the potential biomarker of CVD risk induced by PM. Platelet mtDNA methylation will be measured in plasma from young group and aging group in Tianjin. We will use personal monitors to measure personal PM2.5 and ambient PM2.5 data will be obtained from air quality measuring station. The objectives of this study are: the relationship between platelet mtDNA methylation levels and PM2.5; the relationship between mtDNA methylation levels and inflammatory factors/oxidative damage ; the PM sensitive CpG site as the potential biomarkers to CVD risk. Research on relationship between platelet mtDNA methylation and CVD risk induced by PM will provide a new idea for the research of pathogenesis of CVD. Developing novel biomarkers that reflect effects from PM exposure and predict related risks of CVD may help millions of individuals to detect noxious exposures and advert effects.

血小板线粒体DNA（mtDNA），其环状结构由于缺乏组蛋白保护，易在环境污染物短期暴露下发生氧化损伤，使mtDNA发生甲基化修饰，影响血小板的结构和功能，增加心血管疾病发生的风险。血小板mtDNA甲基化作为环境敏感型的表观遗传学物质，可能是大气颗粒物暴露致心血管系统损伤的新型生物标志物。本项目拟采用专门小组研究（Panel Study），在一年内四次追踪检测健康青年和健康老年人群的个体暴露水平、血小板mtDNA甲基化，通过构建混合效应模型，研究PM2.5及化学组成与血小板mtDNA甲基化的“暴露-效应”关系；研究炎症因子和氧化损伤与血小板mtDNA甲基化的关系；探索血小板mtDNA敏感CpG位点作为大气颗粒物暴露致心血管系统损伤的易感性生物标志物。研究结果不仅为PM2.5致心血管系统损伤的机制研究提供数据基础和理论支持，还将为暴露人群的风险预警提供科学依据。

大气颗粒物暴露是引起人类多种疾病的重要危险因素之一。血小板线粒体DNA由于缺乏组蛋白保护，极易在环境污染物暴露下出现损伤，而甲基化修饰作为其损伤的重要方式之一，是PM暴露致病的潜在生物学机制。我们在本次研究中筛选敏感的CpG位点作为大气颗粒物暴露的易感性生物标志物，能够为暴露人群的风险预警提供重要的前期基础。.在本项目的资助下，合作构建42万人的天津市ELEFANT自然人群队列，基于该队列，我们使用天津市25个空气监测站点数据对ELEFANT人群的大气颗粒物个体暴露水平进行计算和分析后，发现天津市大气颗粒物的外暴露浓度具有变化剧烈等不同于欧美的特征。因此划定不同的浓度阈值（50,100,150,200和250ug/m3）对健康结局进行分析，我们发现孕前期和孕中晚期都是不良妊娠结局的敏感窗口期，将颗粒物阈值控制在200ug/m3及以下时，人群的干预措施都能发挥作用；当颗粒物浓度达到250ug/m3及以上时，干预手段失效，不良妊娠结局风险仍显著增高。然后我们选取了部分ELEFANT队列中的血浆标本，使用GC-MS/MS法对大气颗粒物中的重要载带成分多环芳烃（PAHs）及其衍生物进行了内暴露的分析。我们共检出了8种多环芳烃类物质，包括三种PAHs和5种OPAHs，PAHs和OPAHs平均浓度分别是20.4±13.2ng/mL和45.7±17.3ng/mL，分别占总浓度的67.2%和32.8%。我们使用自有的前处理法结合焦磷酸盐测序法对血浆中的线粒体DNA进行了三个基因cox1、cox2和MT-tRNA启动子区的甲基化检测。我们发现菲-9-醛(Phe-9-Ald)与cox1的甲基化率显著正相关；PAHs总浓度(ΣPAHs)与cox2具有显著的正相关关系，但蒽酮(ATO)与cox2呈显著负相关。在颗粒物外暴露分析中，我们发现在女性的体力劳动者中，PM2.5的个体暴露浓度可使MT-tRNA出现过甲基化现象，PM2.5个体暴露每升高10ug/m3，MT-tRNA甲基化率增加0.1723% (P=0.0328)。以上结果说明cox1、cox2、MT-tRNA的甲基化率是大气颗粒物及其载带物PAHs暴露的易感性生物标志物。但未发现PAHs、OPAHs和cox1、cox2、MT-tRNA甲基化率与高血压风险的相关性。.基于以上工作，项目成功发表SCI论文14篇。