BMPs通路DNA甲基化与氟中毒的关系及其调控机制研究

Endemic fluorosis (EF) is a key endemic diseases for prevention and control in China. At present, the pathogenesis of EF is still unclear, and it can be prevented but can’t be cured. Our group previous study showed that BMP pathway which has the regulation function of bone metabolism was closely associated with the onset of rat EF. Howver the mechanism of fluoride effect on BMP pathway remains unclear. Recently vitro studies found that DNA methylation took patr in the process of toxic effect of fluoride on cells. Excessive fluoride decreased DNA methylation levels of rat liver and kidney was also observed by us in rat fluorosis model. Studies have proven that DNA methylation regulates the activity of BMP pathway. On the basis of previous work, this study will focus on theeffect of different fluoride concentration in water onthe expression and the promoter region of DNA methylation level of BMPs pathway in the peripheral blood of population. The relationship between BMPs pathways and EF will be discussed.We also explore the effect of fluoride on the regulation of BMPs path expression throughDNA methylation. In the animal and cell experiments, the role of DNA methylation of BMPs pathways in the onset of EF will be discussed deeply by the application of demethylation and methylation. This study will not only reveal the molecular mechanism of fluoride on the function proteins of bone metabolism, but also explore action mechanism of environmental factor and hereditary factor of EF occurrence through epigenetic regulation.

地方性氟中毒是我国重点防治的地方病之一。目前其发病机制仍不清楚，导致该病可防而不可治。本课题组前期研究表明具有骨代谢调节功能的BMPs通路参与了大鼠氟骨症的发生，但氟调节该通路的分子机制仍未知。近年体外实验发现DNA甲基化参与氟对细胞的毒性作用；我们在氟中毒大鼠模型上也观察到过量氟能够降低大鼠肝脏和肾脏中的DNA甲基化水平，而已有研究证明DNA甲基化参与调控BMP通路活性。因此，在前期工作基础上本研究观察不同饮水氟浓度对人群外周血中BMPs通路及启动子区DNA甲基化水平的影响，确证地氟病与BMPs通路的关系，并探讨DNA甲基化在氟对BMPs通路表达调控中的作用。在动物和细胞水平，采用去甲基化或甲基化手段，更深入的研究BMPs通路DNA甲基化在地氟病发病中的作用。本研究不仅能够揭示氟对骨代谢相关蛋白分子的调节机制，还将从表观遗传调控角度探究环境和遗传因素在地方性氟中毒发病中的作用机制。

氟骨症是一种病因明确的骨代谢疾病，但由于其发病机制不清，导致该病可防而不可治。研究表明，具有骨代谢调节功能的BMPs通路参与氟骨症发病过程，但具体机制尚不清楚。且前期研究发现在氟的细胞毒性实验及动物实验中均出现DNA甲基化水平的改变，而已有研究证明DNA甲基化参与调控BMP通路活性。因此本研究利用氟中毒大鼠模型以及对氟中毒病区人群进行现场调查，系统研究氟对BMPs通路蛋白表达的影响、相应DNA启动子区甲基化水平的改变以及DNA甲基化在地氟病发病中的具体变化。.本项目的主要结果：.1.人群高氟暴露可能提高骨关节炎患病风险；氟对大鼠骨关节存在损伤作用，且该作用随着氟剂量的升高而加重。.2.大鼠氟斑牙检出率和严重程度随着氟暴露浓度的升高而增加；大鼠骨氟含量随着氟暴露时间延长和浓度增加而升高；大鼠尿氟水平与氟暴露浓度呈正相关，与暴露时间无关。.3.过量氟有可能通过直接和间接氧化损伤途径参与机体代谢；氟暴露浓度和暴露时间均可影响血、肝、肾和脑中5-mC的水平，但作用规律有差异；饮水氟暴露与外周血中5-甲基胞嘧啶（5-mC）水平呈U型曲线关系；饮水氟暴露可以影响大鼠骨关节中DNA甲基化水平。.4.氟对大鼠血浆中BMPs蛋白表达有影响，且对BMP2、BMP7蛋白表达有时间剂量效应；氟对大鼠外周血中BMP2和BMP7的DNA启动子区甲基化水平有影响，发现了多个差异表达的位点；人群测序分析结果显示BMP2基因启动子区域DNA甲基化差异位点（DMP）共计503个； BMP7基因启动子区域DNA甲基化差异位点（DMP）共计489个。.5.长期饮水高氟暴露可导致肠道损伤；高氟暴露导致的结肠损伤机制可能与氧化应激有关；而且氟可以影响大鼠肠道菌群物种丰富度，但对物种多样性影响较小。