p53介导的基质金属蛋白酶上调及胎盘细胞凋亡在孕期PAHs暴露致早产发生中的作用

Preterm birth is a global public health problem. However, its mechanism remains unclear. In recent years, great attention has been devoted to the association between environmental pollution and preterm birth. Studies have reported a correlation between polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) exposure during pregnancy and preterm birth. The applicant has observed an association between prenatal exposure to PM10 and the risk of preterm birth. However, there is no study that has focused on its mechanism. Based on our previous findings, we hypothesize that p53 could induce upregulation of matrix metalloproteinases (MMPs) expression and placental apoptosis after prenatal exposure to PAHs, which will eventually lead to preterm birth. The proposed research will be performed as both population-based study and animal study: 1) Firstly, building upon an established birth cohort study, our population study will investigate the effects of prenatal exposure to PAHs on preterm birth, focusing on the molecular events of activation of placental apoptosis and upregulation of MMPs induced by a target gene-p53. The internal exposure levels during pregnancy will be reflected by placental PAH-DNA adducts; 2) In the animal study, p53-knockout and wild-type mice will be exposed to the different doses of benzo(a)pyrene (BaP) during the second and third trimesters, then we will observe the changes of placental apoptosis and MMPs expression levels and their characteristics and elucidate the underlying biological mechanism of the association between PAHs during pregnancy and preterm birth. The proposed research will provide new prospective to the further study on mechanism of preterm birth associated with PAHs.

早产是世界范围的重要公共卫生问题，但机制不明，措施不力。近年环境污染对早产的影响备受关注，有报道指出孕期多环芳烃（PAHs）暴露与早产有关，申请者研究提示孕期PM10暴露与早产存在关联，但机制均未及。课题组在既往研究的基础上，提出孕期PAHs暴露通过p53介导的基质金属蛋白酶（MMPs）表达上调及胎盘细胞凋亡引发早产的研究假设。研究拟从人群研究和动物实验展开：1）基于已建立的出生队列进行人群研究，以胎盘PAHs-DNA加合物反映孕期累积暴露水平，以PAHs作用的靶基因p53启动MMPs表达上调和胎盘细胞凋亡的重要分子事件为切入点，探讨孕期PAHs暴露在早产发生中的作用；2）以p53基因敲除和野生型小鼠进行体内实验，探讨不同剂量苯并(a)芘（BaP）孕期染毒对早产发生率、胎盘MMPs表达和细胞凋亡的作用，阐释孕期BaP暴露致早产的可能机制。为PAHs致早产的机制研究及防制措施制定提供新思路。

目的 早产是世界范围的重要公共卫生问题，但机制不明，措施不力。近年环境污染对早产的影响备受关注，有报道指出孕期多环芳烃（PAHs）暴露与早产有关，课题组既往研究提示孕期PM10暴露与早产存在关联，但机制未及。本研究基于既往研究结果，通过人群研究结合动物实验，探讨孕期苯并（a）芘（BaP）暴露通过p53介导的基质金属蛋白酶（MMPs）表达上调及胎盘细胞凋亡致早产发生的作用。方法 基于已建立的出生队列进行巢式病例对照研究，从胎盘BaP-DNA加合物反应孕期累积暴露水平，比较早产组（83例）与足月组（82例）孕妇BaP暴露水平以及重要分子标志物水平。以p53基因敲除和野生型小鼠体内实验，探讨高中低不同剂量BaP孕期染毒对孕鼠分娩及出生结局指标、胎盘MMPs表达和细胞凋亡的影响，以及孕期BaP暴露致早产的可能机制。结果 人群研究结果显示，早产组孕妇BaP-DNA加合物水平（3.56µg/gDNA）高于足月组（3.21µg/gDNA），调整可能的混杂因素后，发现孕期BaP高暴露可导致早产发生风险增加109%（OR: 2.09，95%CI: 1.06-4.11）。早产、中度早产、早期早产组孕妇胎盘MMP2蛋白水平每增加一个单位浓度（1ng/ml）早产风险分别降低0.6%、0.5% 和12.9%，但差异无统计学意义。此外，研究发现孕前及全孕期饮食营养素低摄入量可显著增加BaP暴露致早产的风险2.64~5.21倍。动物实验进一步佐证了人群研究的结果。研究发现孕期BaP暴露，即野生型孕鼠全孕期BaP染毒后，中、高剂量组母鼠体重（p=0.036）、胎盘重量（p=0.03, p=0.007）、胎鼠体重（p<0.001, p=0.002）均低于对照组和低剂量组，死胎数高于对照组和低剂量组（p>0.05）。BaP染毒组胎盘细胞p53, Bax, Caspase3蛋白表达量均升高, Bcl2表达量降低，Tunnel染色显示有明显细胞凋亡现象，且染毒剂量与细胞凋亡成正相关。结论 本研究发现孕期BaP暴露可显著增加早产的发生风险，且胎盘重要分子标志物（p53、MMPs和细胞凋亡因子）是BaP暴露致早产发生的重要环节。研究提示孕前及全孕期环境及饮食健康管理可预防早产的发生。此研究结果为PAHs致早产的机制研究及防制措施制定提供了新依据和新思路。