慢性苯中毒造血毒性的代谢特征及生物标志研究

In this project, we will establish the chronic benzene posoising model in mice. The distinguished haematotoxicity and metabolites profiles in different stages of hematopoietic cells will be figured out by comparison between control and poisoning mice in hematopoietic stem cells, hemopoietic progenitor cell,red blood cells and neutrophile granulocytes.The metabolic pathway involved in hematopoietic function will be revealed by functional genomics research on abnormal metabolites.The eraly metabolic biomarkers of haematotoxicity will be obtained by comparison of metabolites between control and poisoning mice in red blood cells and neutrophile granulocytes,plasma and urine. The biomarkers should be agree with toxicology character in chronic benzene posoising mice.Then an occupational epidemiology of chronic benzene posoising will be carried out to get metabolic biomakers by comparison of metabolites between control and poisoning workers in red blood cells and neutrophile granulocytes,plasma and urine. The sensitivity and specificity of biomarkers will also be evaluated to testify the possibility of screening in benzene occupational exposure population. The metabolic biomakers will afford an effevtive screening tool to find the early benzne posing workers and give a guidness for treatment for workers in different stages of posoning .

本课题拟建立慢性苯中毒小鼠模型，获得慢性苯中毒形成过程中骨髓造血干祖细胞、血液、尿液的代谢表型，通过比较苯中毒小鼠造血干、祖细胞、红、中性粒细胞的差异代谢物，结合功能基因组学技术，揭示苯对不同阶段造血细胞的毒性作用和机制；比较中毒小鼠外周血细胞、血清及尿液的差异代谢物，结合毒理学特征，寻找可表征以造血毒性为特征的慢性苯中毒的早期生物标志物；继而进行职业流行病学的苯中毒病例-对照研究，通过比较苯中毒组、苯暴露组、正常对照组的红细胞、中性粒细胞、血清、尿液代谢组学差异，获得苯致造血毒性的早期生物标志，评价其灵敏度和特异性，验证其作为苯造血毒性的早期生物标志的科学性，为苯暴露人群造血损伤的的早期诊断提供新的有效生物标志以发现亚临床暴露者并依据造血功能障碍程度进行治疗指导。

本课题使用C3H/He小鼠，设置苯暴露剂量为0、150及300 mg/kg•bw，应用皮下注射方式染毒，每天1次，共染毒4周，构建了苯中毒小鼠模型。建立了基于LC-MS的小鼠尿液、血浆和骨髓细胞代谢组学分析平台，研究苯暴露小鼠体循环及靶器官代谢特征。结果显示苯暴露扰乱尿液嘌呤、脂肪酸、色氨酸、谷酰基苯丙氨酸和亚精胺代谢通路，干扰血浆色氨酸、组氨酸代谢、γ-谷氨酰循环、脂肪酸氧化以及脂肪酸代谢通路，导致骨髓细胞酪氨酸和苯丙氨酸代谢、赖氨酸分解、肉碱合成以及脂肪酸氧化代谢通路紊乱；比较苯暴露小鼠血浆和骨髓细胞中的差异性代谢通路，发现脂肪酸β氧化通路中的代谢分子均检测到一致的改变。通过慢性苯中毒代谢组学的病例-对照研究，揭示了健康对照与苯中毒职业人群之间的血清代谢谱存在明显的差异。溶血磷脂、胆红素、左旋肉碱、亚麻酰基肉毒碱、甘氨酸二脱氧胆酸、焦谷氨酸等9种物质可能是苯职业暴露潜在的生物标志物。.结合动物与人群实验结果，发现脂肪酸β氧化通路中的乙酰肉碱代谢分子有一致的改变。动物与细胞模型显示苯暴露可增强小鼠骨髓细胞肉碱穿梭蛋白Cpt1a和Crat的表达，使脂肪酸β氧化通路中Acaa2、Aldh1l2、Acadvl、Crot、Echs1和Hadha蛋白表达增加；苯暴露引起小鼠骨髓细胞中左旋肉碱、ATP和线粒体膜电位水平降低，同时还可引起氧化损伤指标水平增高。使用左旋乙酰肉碱干预150 mg/kg•bw苯暴露小鼠，结果显示， 200 mg/kg•bw左旋乙酰肉碱干预可以明显增加苯暴露组小鼠全骨髓细胞数量、LSK造血干细胞比例和Lin- C-kit- Sca-1+造血祖细胞比例；乙酰左旋肉碱干预可以在一定程度上减轻苯所致的线粒体损伤，降低氧化应激及DNA损伤。.本研究成功建立基于LC-MS的小鼠尿液、血浆和骨髓细胞代谢组学分析平台，发现与苯造血毒作用相关的尿液、血浆和骨髓细胞生物标志物及特异性代谢通路；发现脂肪酸β氧化通路是苯暴露小鼠血浆和骨髓细胞的共同差异代谢通路，苯暴露可增强脂肪酸β氧化通路中肉碱穿梭蛋白及脂肪酸β氧化通路关键蛋白表达，该过程的异常可能与苯暴露诱导氧化应激致线粒体功能紊乱相关。乙酰左旋肉碱干预可改善苯对造血干祖细胞的损伤，减轻苯导致的ATP水平和线粒体膜电位下降，降低氧化应激与DNA损伤。