葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷对苯造血毒性的易感性与机制研究

Hematopoietic toxicity could be induced by oxidative damage of hematopoietic cells after benzene exposure . The conjugation of reduced glutathione (GSH), which is generated by glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) regulation, is the main pathway of benzene detoxification. G6PD deficiency , a common genetic defects , can reduce antioxidant activity .We found G6PD was significantly unregulated by benzene exposure in our current research. So, G6PD may provide critical protection against oxidation damage. This project aims to verify whether G6PD deficiency is the susceptibility factor of benzene induced hematopoietic toxicity and explore the related mechanism..We intend to build the mice model of benzene exposure to testify the regulation of G6PD by benzene exposure; use G6PD deficiency mice and low-expressing cell line to study the role of G6PD on benzene induced hematopoietic toxicity; apply RNA sequencing method to reveal downstream pathways of G6PD in mice after benzene exposure; conduct an occupational epidemiological study to explore the relationship between G6PD activity and hematopoietic toxicity in benzene exposed workers..The results will reveal the role of G6PD on hematopoietic toxicity and the potential mechanism . It may provide a new biological marker for screening susceptibility population exposed to benzene.

苯的氧化代谢产物可引起造血细胞损伤，导致血液毒性。而氧化产物可与还原型谷胱甘肽（GSH）结合而解毒，G6PD是GSH合成的限速酶。G6PD缺陷是常见的遗传缺陷，可致机体抗氧化能力减弱。我们研究发现苯可诱导G6PD高表达，推测其可能在抵抗苯所致的氧化损伤中发挥重要作用。本项目旨在探讨G6PD缺陷个体暴露苯时，是否会因G6PD缺乏致GSH合成受限，使机体对苯造血毒性的易感性增加；G6PD缺陷能否作为苯暴露易感性的生物标志。. 本项目拟构建小鼠苯暴露造血抑制模型，观察苯对G6PD的诱导作用；采用G6PD缺陷小鼠和低表达细胞株, 探讨G6PD对苯造血毒性的调控作用；应用转录组测序法研究G6PD对苯造血毒性的调控机制；通过职业流行病学研究验证G6PD缺陷与接苯工人造血毒性易感性的关系。该研究将揭示G6PD与苯血液毒性的关系及调控机制，为G6PD缺陷作为苯作业易感人群的生物标志提供科学依据。

G6PD是磷酸戊糖通路的限速酶，本研究前期发现苯暴露小鼠外周血清G6PD高表达，G6PD参与苯的解毒作用，而G6PD缺乏症是一种人类最常见酶缺乏症，常因暴露于强氧化剂出现急性溶血性贫血，全球近4亿人患病。本研究旨在研究G6PD缺陷对苯造血毒性的易感性。首先建立了G6PD低表达的小鼠动物模型，研究了G6PD缺陷小鼠对苯导致的造血毒性、氧化损伤、遗传与表观遗传以及骨髓细胞转录组的影响。研究结果显示G6PD低活性加重苯对小鼠造血系统的损伤，影响小鼠骨髓造血干细胞更新和分化的影响。苯染毒后G6PD缺陷小鼠白细胞、造血干细胞、lin-sca1+细胞和粒系祖细胞比例下降比正常小鼠更为明显。G6PD缺陷小鼠的GSH含量和GSH/GSSG比值均低于正常小鼠，其MDA含量高于正常小鼠，骨髓细胞DNA损伤明显高于正常小鼠，DNA甲基化相对水平低于正常小鼠。接着构建了G6PD低表达的K562细胞模型，研究苯醌染毒后G6PD低表达细胞的增殖、凋亡、周期、自噬、氧化损伤以及关键调控基因。结果显示苯醌暴露后G6PD低表达细胞增殖率明显低于对照细胞，细胞凋亡率、G2期细胞数以及产生的细胞自噬显著高于对照细胞。进而通过对小鼠骨髓细胞RNA-seq检测结果的生物信息学分析，发现了G6PD对苯毒性调控相关的主要通路为谷胱甘肽代谢通路、磷酸戊糖通路、氧化应激、凋亡、代谢、造血谱系等。进一步验证发现G6PD缺陷小鼠CAMK2B基因异常高表达，应用CAMK2B抑制剂KN93构建CAMK2B低表达细胞模型，苯醌染毒后，CAMK2B低表达细胞出现更明显的线粒体损伤。提示CAMK2B高表达对于细胞的抗氧化损伤具有重要意义，而苯暴露可致CAMK2B表达降低，这可能是G6PD缺陷对苯致小鼠骨髓造血毒性影响更为显著的机制之一。最后应用职业流行病学调查方法，发现低苯暴露下，酶活性异常的工人未见明显的端粒酶活性、DNA损伤修复酶和甲基化水平的异常，但G6PD激活水平与苯暴露人群DNA修复酶hOGG1和XRCC1的表达相关。本研究提示，在一定剂量的苯暴露下，G6PD缺陷可增加苯对机体的氧化应激与造血毒性，研究结果可能为苯作业易感人群筛检提供新的生物标志，对于加强职业苯暴露的一级预防有重要意义。