基于人群队列的围孕期铅与全氟辛烷磺酸复合暴露对子代先天性心脏病发生的作用及机制研究

The etiology of congenital heart disease (CHD) is unknown. Environmental pollutants are important risk factors for CHD. However, the specific substances and mechanisms are unclear. Previously, we found that elevation of the widespread heavy metal, lead, and the new type of persistent pollutant, perfluorooctanesulfonate (PFOS), in the maternal blood and cord blood, is closely related to the occurrence of CHD. In addition, lead interacts with other pollutants to increase the odds of CHD occurrence. However, there are no reports about the effect of parents’ co-exposure to PFOS and lead on the occurrence of CHD during the perinatal period. We also proved that the methylation at the promoters’ area of the key genes of heart differentiation, like Gata4 and Tbx5, is involved in the inhibition of environmental contaminant on cardiac heart development. Basing on this, we hypothesize that, PFOS interacts with lead, inhibits the expression of key genes in cardiac development by promoting the related genes’ methylation, thereby affects the differentiation of embryonic stem cells into cardiac cells and promotes the occurrence of CHD. This project intends to identify 1) the effects of co-exposure of PFOS and lead on the occurrence of CHD from the multiple levels, including population cohort, biological specimens, molecules and cells; 2) the effects of PFOS and lead affecting the transcription and translation of the key genes for cardiac differentiation; 3) unveiling the molecular mechanism that the two substances affect cardiac development through methylation modification. This study is expected to propose a new strategy for the prevention and treatment of CHD from the public health perspective.

先天性心脏病（先心病）病因未明，环境污染物是重要的危险因素，但具体物质及机理不清楚。我们前期研究发现，备受关注的重金属铅或新型持久性污染物全氟辛烷磺酸（PFOS）在母婴体内的水平与先心病的发生呈正相关，而且铅与其他污染物具有交互作用。然而，围孕期父母双方PFOS与铅复合暴露导致先心病发生的可能性及其致病机制尚未见报道。我们还证明了心脏发育关键基因Gata4和Tbx5启动子的甲基化参与了污染物抑制心脏分化的过程。据此提出假说：PFOS和铅交互影响，促进甲基化而抑制心脏发育关键基因的表达，从而影响胚胎干细胞向心脏细胞分化并促进先心病发生。本项目拟从人群队列、生物标本、分子和细胞等多层次明确心脏发育敏感时期，父母双方PFOS和铅复合暴露对先心病发生的影响；探讨PFOS和铅对心脏分化关键基因的调控作用；揭示两物质通过甲基化修饰影响心脏发育的分子机制。本研究将从公共卫生层面为先心病防治提出新的思路。

先天性心脏病（先心病）病因未明，环境污染物是重要的危险因素，但具体物质及机理不清楚。本项目围绕备受关注的两种环境污染物，重金属铅和新型持久性污染物全氟辛烷磺酸（PFOS）对先心病的交互作用及机制展开研究，从人群队列、生物标本、分子和细胞等多层次证实了之前提出的假说：心脏发育敏感时期，父母双方PFOS和铅复合暴露，促进甲基化而抑制心脏发育关键基因的表达，从而影响胚胎干细胞向心脏细胞分化并促进先心病发生；同时，项目进行了一些延伸和深入的探索。主要发现概括如下：1）利用已有的人群队列，建立围孕期-围产期数据库、标本库。2）分析了围孕期父母双方血Pb和 PFOS 复合暴露与胎儿先心病的关系，文章发表于环境健康权威杂志Environment International。进一步用脐带血验证了PFOS与子代先心病的关系；分析了PFOS和Pb复合暴露的交互作用对子代先心病的影响。并采用BKMR混合效应评估模型验证了Pb在调整其他重金属因素后对子代先心病的关系。3）发现Pb和PFOS在母体中都具有明显的蓄积作用，年龄大、产次多人群水平高。4）利用甲基化芯片技术筛选了血Pb和PFOS对心脏发育基因的影响，结果发现PFOS和Pb处理后下调与心脏发育密切相关的基因的表达，如BMP7、MSX1、ROBO4、SLIT3、SORBS2等。5）采用胚胎干细胞H9细胞定向诱导分化模型、斑马鱼以及小鼠模型验证了PFOS和Pb两物质单独及复合暴露对胚胎心脏发育的影响；并利用单细胞测序技术对其机理进行了深入分析。6）全氟/多氟烷基物质（PFAS）对成人代谢综合征、PFAS和重金属复合暴露对成人肾功能损伤、对肝功能以及对葡萄糖稳态之间的关系。.总的来说，本项目已按计划书的进度计划，按期保质保量完成研究内容与任务，并进行了一些延伸和深入的探索，发表相关文章16篇，研究成果被美国环境保护署研发办公室列入其制定的系统证据图中；国际会议报告1次，国内会议报告4次；培养人才5名，孵育两项省自然项目。本项目已经达成了研究目标以及预期研究成果，并为后续研究奠定了坚实的基础。