交通污染影响DNA甲基化及组蛋白乙酰化的表观遗传机制研究

The traffic pollution is closely related to the respiratory and cardiovascular diseases but the etiological mechanisms have so far been unclear. Based on the environmental epigenetic research platform established by our previous studies, the Wistar rats which will be grouped randomly will be exposed to various levels of traffic pollution in natural inhalation while the data of traffic pollution will be collected on the spot. The DNA methylation and histone acetylation in blood and lung tissue will be quantificationally measured and analysed using the pyrosequencing system (PSQ) and a sandwich enzyme-linked immunosorbent (ELISA) assay, respectively. It will be first time to analyse completely the effects of traffic pollution on the methylation changes of global gnomic DNA (LINE-1 and Alu ) and specific genes (p16,MGMT,APC,p53,iNOS and MAGE-1) and the level of histone acetylation (H3K9a and H4K18ac) in the lung tissue and blood. It will be indicated the early,cumulative and interactive epigenetic changes caused by traffic pollution and dose-responsive relationship between various epigenetic changes and traffic pollution level. It will ultimately declare that the features and risk factors of epigenetic changes resulting from traffic pollution or typical traffic pollutants in blood and lung tissue. Those findings will provide the strong evidents to establish the health risk assessment and early warning system of traffic pollution exposures, and to realize further the pathogenesis of environmental epigenetics for the health damages from traffic pollution.

交通污染与呼吸道和心血管疾病发生发展密切相关，但病因机制尚不清楚。本项目利用前期研究建立的环境表观遗传科研平台，对交通污染进行现场监测分析的同时，创新地采用自然吸入方式，将随机分组的Wistar大鼠直接暴露于不同水平的交通污染。采用高效灵敏的焦磷酸测序系统(PSQ)和经典的ELISA法，定量检测暴露后大鼠肺组织和血液DNA甲基化与组蛋白乙酰化水平。首次全面分析交通污染对全基因组DNA甲基化（LINE-1和Alu）、特异基因甲基化（p16、MGMT、APC、p53、iNOS及MAGE-1）及组蛋白乙酰化（H3K9ac和H4K18ac）的影响及其不同组织间差异；揭示交通污染影响表观遗传的早期效应、累积效应、交互效应和剂量-反应关系；阐明交通污染和典型交通污染物的表观遗传效应特征及影响因素。为建立交通污染健康风险评价的敏感指标体系、深入认识交通污染危害健康的环境表观遗传学病因机制，提供科学依据。

[背景] 交通污染是城市空气污染的主要来源，严重威肋人群健康。尽管人们对此进行了大量研究，但其病因机制目前仍不清楚。.[主要研究内容] Wistar大鼠随机分组暴露于重度、中度、轻度交通污染，收集各暴露窗口大鼠血液及靶器官肺组织，提取基因组DNA及组蛋白。定量分析全基因组甲基化及特定基因启动子甲基化、组蛋白乙酰化水平。分析空气污染对DNA甲基化和组蛋白乙酰化的影响。.[重要结果及关键数据] PM2.5水平每升高1μg/m3，大鼠血液LINE-1甲基化水平降低0.064%（P=0.003）、iNOS启动子甲基化水平降低0.047%（P=0.047）；肺组织LINE-1甲基化水平降低0.033%（P=0.012）、iNOS启动子甲基化水平降低0.053%（P=0.006）、APC启动子甲基化水平升高0.009%（P=0.046）。PM10水平每升高1μg/m3，大鼠血液LINE-1甲基化水平降低0.037%（P=0.003），肺组织LINE-1和iNOS启动子甲基化水平分别降低0.019%（P<0.05）和0.031%（P<0.01）。NO2水平每升高1μg/m3可引起大鼠血液LINE-1甲基化水平升高0.092%（P<0.05），肺组织iNOS启动子甲基化水平升高0.099%（P<0.001）。而且，PM2.5每升高1μg/m3，PBMC和肺组织中组蛋白H3K9乙酰化水平分别升高0.475 ng/mg 蛋白（P = 0.014）和0.468 ng/mg 蛋白（P = 0.017）； PM10每升高1μg/m3，PBMC和肺组织中组蛋白H3K9乙酰化水平分别升高0.280 ng/mg 蛋白（P = 0.014）和0.276 ng/mg 蛋白（P =0.018）。另外，4小时暴露窗口中空气污染物均未引起血液PBMC及肺组织组蛋白H3K9ac水平发生显著改变。.[科学意义] 本研究首次将大鼠置于交通空气污染现场进行暴露，可引起血液及肺组织明显的表观遗传改变，并且存在剂量-反应关系。尽管仍然需要大样本人群研究来证实，但对提高人们对交通污染及危害机制的认识、进一步深入开展研究，具有非常重要预防医学意义。