飲食模式和遺傳變異對非職業(yè)人群POCs內暴露水平的影響.pdf

1、研究背景:
　　持久性有機氯化合物(POCs)是一類被禁止使用多年的持久性有機污染物(POPs)，包括有機氯農藥(OCPs)和多氯聯(lián)苯(PCBs)，可持續(xù)存在于水體、土壤和大氣中并廣泛擴散。由于POCs的脂溶性較強，可在生物體和人體內長期蓄積難以降解，并通過食物鏈進行富集和生物放大作用，導致人群的長期低劑量暴露。研究表明，POCs具有致癌性、生殖毒性和神經毒性等，還可能與糖尿病、高血壓等慢性疾病相關。內暴露檢測是評估人體污染物暴露

2、負荷的較為準確的方法，也是評價環(huán)境污染物與人群健康危害關系的重要手段。研究顯示，年齡、性別、生活習慣和飲食方式都是影響污染物體內含量的重要因素。由于POCs的揮發(fā)性較低，對于非職業(yè)人群而言，膳食攝入是其暴露的主要途徑，尤其是魚類、肉類攝入，其攝入量受食物污染水平和食物消費量的影響。膳食模式是綜合評估人群攝入的各種食物的含量和比例的研究方法，不同膳食模式可通過影響污染物的內暴露含量而影響機體的健康狀態(tài)。此外，遺傳因素也可能與污染物的內暴露

3、有關，特別是代謝酶的基因變異可通過改變酶的表達和/或代謝活性而改變體內化合物原形及代謝產物量，影響健康危害結局。全基因組關聯(lián)研究(GWAS)是目前研究復雜疾病性狀的有效手段，可在全基因組水平篩選關鍵遺傳變異，但利用此方法探討遺傳變異與內暴露含量關系的研究較少。因此，可從遺傳-環(huán)境的角度解釋化合物體內含量的差異，有效闡明基因和環(huán)境如何改變化學物的體內含量及分布特征及其對人群健康的危害，發(fā)現(xiàn)環(huán)境影響因素和易感人群，對于全面闡述環(huán)境與健康的關

4、系、實施精準預防具有十分重要的意義。
　　研究目的:
　　選擇江蘇省淮河流域兩個典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展環(huán)境暴露評價和人群流行病學研究，系統(tǒng)探討環(huán)境介質暴露狀況、飲食模式、遺傳變異對人群POCs內暴露含量的影響，揭示飲食、遺傳與內暴露含量的內在聯(lián)系，為闡明POCs的健康危害、開展風險評估及實施精準防治策略提供理論和實踐依據(jù)。
　　研究方法:
　　基于課題組前期研究，在相關資料調查與歷史資源考察的基礎上，結合本研究的研究目的，

5、選擇江蘇省淮河流域的典型農業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（A區(qū)）和典型工業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（B區(qū)）作為研究區(qū)域。按照我國相關樣品采集標準設置采樣點，收集水體（水源水和飲用水）、土壤和主要食物（主食、雞肉、魚肉、豬肉）;按照多級整群抽樣原則，納入該研究區(qū)域內常住人口共計2353例，在簽署知情同意書后進行面對面的問卷調查（包括飲食頻率調查）和體格檢查，并收集血液樣本。綜合運用固相萃取、圓盤膜萃取和索氏提取等前處理方法和氣相色譜/質譜聯(lián)用儀(GC-MS/MS)，檢測水體、土壤、

6、食物和血清樣本中10種有機氯農藥(OCPs)和14種多氯聯(lián)苯(PCBs)的含量。
　　采用主成分法分析膳食資料評估膳食模式并進行分類;使用多元線性回歸模型評價兩地區(qū)POCs內暴露水平的影響因素;以POCs內暴露含量為結局，納入A區(qū)511例研究對象開展GWAS篩選，并在兩地區(qū)人群采用Taqman基因分型法分別驗證，通過多元線性回歸相加模型確定與代表性POCs內暴露水平相關的遺傳變異位點。
　　基于遺傳變異位點結果（屬于CYP2

7、B6基因變異），開展實驗室研究，通過雙熒光素酶報告基因實驗、WB和酶活性檢測實驗觀察突變后CYP2B6的表達和酶活性變化;采用重組CYP2B6蛋白與p,p'-DDT孵育的體外代謝，觀察p,p'-DDT及其代謝產物的變化情況;采用清潔級SD大鼠進行體內代謝實驗，使用CYP2B1（與人CYP2B6同源）的特異性抑制劑KR-Ⅱ，觀察p,p'-DDT經尾靜脈注射后，實驗組和對照組中大鼠CYP2B1的活性變化以及不同時間段血清中p,p'-DDT及

8、其代謝產物的變化。
　　最后，基于飲食模式和遺傳變異位點分別對p,p'-DDE內暴露水平的結果，采用多元線性回歸模型分析飲食模式與遺傳變異聯(lián)合作用的模式和強度，所有P值均為雙側檢驗(P＜0.05)。
　　結果:
　　1.環(huán)境、食品及人群血清中代表性POCs的暴露狀況
　　兩地區(qū)環(huán)境中以HCHs和DDTs暴露為主，A區(qū)水體中的HCHs、DDTs、PCBs的暴露平均濃度明顯低于B區(qū)水體中的含量，B區(qū)水源水中HCHs的

9、暴露濃度(C水源水=74.14 ng/g)高于末梢水中的濃度（C末梢水=41.49 ng/g），水體中暴露以HCHs為主，其中主要是β-HCH(C水源水=16.60 ng/g);A區(qū)土壤中HCHs、DDTs、PCBs的暴露平均濃度(2.94、131.46和17.17 ng/g)明顯低于B區(qū)土壤中的含量（3.12、81.18和17.68 ng/g）;B區(qū)土壤中HCHs顯著低于DDTs濃度，土壤中以DDTs污染為主，其濃度高低依次為:p,p

10、'-DDT、p,p'-DDE、o,p'-DDT、p,p'-DDD、o，p'-DDD、o，p'-DDE;環(huán)境介質中PCBs的濃度普遍偏低，濃度范圍在ND～19.74 ng/g。來源解析結果顯示，A區(qū)是典型的農業(yè)使用區(qū)（農業(yè)灌溉區(qū)以林丹污染為主），B區(qū)為為工業(yè)來源，過去曾大量生產DDT，這符合兩地區(qū)的生產特點。
　　與環(huán)境介質中暴露濃度趨勢相符，B區(qū)中食物的暴露濃度普遍高于A區(qū)，不同POCs化合物中，DDTs的暴露濃度最高;B區(qū)不同食

11、物中，動物性食物中POCs的濃度高于植物性食品中的濃度，DDTs在蔬菜(CDDTs=76.59 ng/g)、面(CDDTs=26.24 ng/g)中的含量明顯低于豬肉(CDDTs=110.67 ng/g)、魚肉(CDDTs=196.78 ng/g)、雞肉(CDDTs=156.37 ng/g)中的含量;β-HCH、p,p'-DDE和p,p'-DDT是主要的污染物。
　　研究區(qū)域的人群的內暴露檢測顯示，A區(qū)β-HCH、p,p'-DDE

12、和PCBs的總濃度（0.79、4.62和10.85μg/g lipid）明顯高于B區(qū)(0.48、3.87和15.52μg/g lipid);結合檢出率、內暴露水平以及單體PCB與總PCBs的相關性，選擇p,p'-DDE和PCB126/PCB153作為POCs的代表性化合物。多元回歸模型分析影響內暴露的影響因素為年齡、性別、BMI。
　　2.人群飲食模式及其對代表性POCs內暴露水平的影響
　　A區(qū)的化合物膳食攝入量EDI(C

13、HCHs=26.66μg/kg.bw.d，CDDTs=24.09μg/kg.bw.d，CPCBs=5.32μg/kg.bw.d)高于B區(qū)的攝入(CHCHs=1.93μg/kg.bw.d，CDDTs=2.94μg/kg.bw.d，CPCBs=3.48μg/kg.bw.d)，A、B地區(qū)EDIp，p'-DDE估計為0.33和0.22μg/kg.bw.d。兩地區(qū)在全人群和高暴露人群中EDIp,p'-DDE與內暴露水平呈顯著正相關（rA=0.05

14、3，rB=0.081，P＜0.05; rA=0.330，rB=0.129，P＜0.05），EDIp,p'-DDE更具代表性，與暴露來源相似，研究人群的內暴露主要源自當?shù)厥称?。使用三種代表性POCs各種食物的EDI進行主成分分析，獲得主食模式、魚類模式和禽獸肉模式三種飲食模式。多元回歸模型分析可知，A地區(qū)血清PCB153內暴露含量伴隨禽獸模式和魚類模式飲食得分增加而上升，與低飲食組相比，高飲食組內暴露水平分別增加22.9％和27.2％;B

15、地區(qū)血清p,p'-DDE內暴露水平伴隨魚類模式得分的增加而增加，與低魚類飲食組相比，中度和高度魚類飲食組人群內暴露含量增加1.2％和4.9％，這符合POCs易蓄積在動物性食品中的觀點。
　　3.遺傳易感位點篩選及與代表性POCs內暴露水平的關聯(lián)性
　　以POCs內暴露含量為結局，選取A區(qū)511例研究對象開展GWAS篩選，結果顯示，位于染色體19q13.2區(qū)域的兩個SNP與p,p'-DDE內暴露含量的關聯(lián)達到全基因組顯著性水準

16、(P＜1.0×105)，分別為rs2279345（位于CYP2B6基因內含子區(qū)，β=-0.311，P=1.78×10-6）和rs3181842(位于CYP2B6基因內含子區(qū)3'-UTR區(qū)，β=-0.348，P=9.86×10-7)，兩個位點高度連鎖(r2＞0.99);并在兩地區(qū)人群進行驗證(PA=1.78×10-8，PB=2.98×10-12 for rs2279345; PA=1.19×10-8，PB=2.21×10-12forrs3

17、181842)，兩地區(qū)總人群中的驗證結果更強。未發(fā)現(xiàn)與PCB126/PCB153內暴露含量顯著相關的位點。
　　CYP2B6基因編碼代謝酶CYP2B6，人群研究結果顯示，CYP2B6基因位點突變顯著降低了p,p'-DDE內暴露水平，初步推測該2個SNP位點的變異可能影響CYP2B6的活性，進而影響化合物的代謝。由于rs2279345和rs3181842高度連鎖，且rs3181842的變異位點位于3'-UTR區(qū)，故選擇rs31818

18、42進行功能研究。體外代謝實驗結果顯示，CYP2B6可代謝p,p'-DDT為p,p'-DDE，動力學參數(shù)Km為15.12μM，Vmax為12.8 nmol/min/nmol P450;雙熒光素酶報告基因實驗和WB實驗表明，rs3181842 C/T位點突變可顯著降低CYP2B6的表達水平;大鼠體內代謝實驗顯示，使用CYP2B1特異性抑制劑（基于rs3181842 T突變導致的酶活性下降）可導致CYP2B1為代謝酶活性顯著下降，大鼠血清中

19、原形p,p'-DDT的殘留較多、代謝產物p,p'-DDE的生成物顯著減少。
　　4.CYP2B6基因變異和飲食模式對人群p,p'DDE內暴露水平的聯(lián)合效應
　　rs2279345和rs3181842不同基因型和不同飲食模式下分布并無統(tǒng)計學差異(P＞0.05);兩地區(qū)人群在相同飲食模式下，在rs2279345和rs3181842各自不同基因型下（分別為TT/CT/CC; CC/CT/TT）p,p'-DDE內暴露水平顯著下降(P

20、＜0.001);B地區(qū)人群在rs3181842 CT/TT基因型下，p,p'-DDE內暴露水平隨著魚類模式得分的增加而增加(CT: CT1=3.36 ng/g，CT2=3.50 ng/g，CT3=4.02 ng/g; TT: CT1=3.07 ng/g，CT2=3.34 ng/g，CT3=5.48 ng/g)，且具有顯著性差異(P=0.046，P=0.038)。
　　使用多元線性回歸模型分析飲食模式和遺傳變異對p,p'-DDE內暴

21、露水平的聯(lián)合效應，可見工業(yè)污染源B地區(qū)中rs3181842與各膳食模式的模型可解釋度R2達25.4％～37.0％，rs3181842突變基因可顯著降低內暴露含量19.95％，而高得分魚類模式顯著增加內暴露含量7.68％，rs3181842與魚類模式存在聯(lián)合效應降低內暴露含量15.8％，且具有統(tǒng)計學差異(P＜0.001)。
　　結論:
　　與兩地污染源特點一致（A區(qū)為農業(yè)源污染，B區(qū)為工業(yè)源污染），B區(qū)環(huán)境介質中POCs的濃度

22、高于A區(qū)，水體中以HCHs暴露為主，其中主要是β-HCH;土壤中以DDTs污染為主，其濃度高低依次為:p,p'-DDT、p,p'-DDE、o，p'-DDT、p,p'-DDD、o，p'-DDD、o,p'-DDE。與環(huán)境介質中暴露濃度趨勢相符，B區(qū)中食物的暴露濃度普遍高于A區(qū)，不同POCs化合物中，DDTs的暴露濃度最高;由于A區(qū)膳食消費量高于B區(qū)，A區(qū)人群的化合物膳食攝入量以及內暴露水平均高于B區(qū)。p,p'-DDE和PCB126/PCB1

23、53是人群POCs內暴露的代表性化合物，使用化合物的各種膳食的攝入量進行主成分分析，獲得主食模式、魚類模式和禽獸肉模式，兩地區(qū)人群血清PCB153、p,p'-DDE內暴露含量伴隨禽獸模式和魚類模式飲食得分增加而上升，這與POCs蓄積在動物性食品的結果相一致。CYP2B6基因上的SNP rs2279345和rs3181842是影響p,p'-DDE內暴露含量的重要遺傳變異位點，突變位點突變可將大大降低p,p'-DDE內暴露水平。僅在工業(yè)源污