飲食模式和遺傳變異對非職業(yè)人群POCs內(nèi)暴露水平的影響.pdf

1、研究背景:
　　持久性有機(jī)氯化合物(POCs)是一類被禁止使用多年的持久性有機(jī)污染物(POPs)，包括有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)和多氯聯(lián)苯(PCBs)，可持續(xù)存在于水體、土壤和大氣中并廣泛擴(kuò)散。由于POCs的脂溶性較強(qiáng)，可在生物體和人體內(nèi)長期蓄積難以降解，并通過食物鏈進(jìn)行富集和生物放大作用，導(dǎo)致人群的長期低劑量暴露。研究表明，POCs具有致癌性、生殖毒性和神經(jīng)毒性等，還可能與糖尿病、高血壓等慢性疾病相關(guān)。內(nèi)暴露檢測是評估人體污染物暴露

2、負(fù)荷的較為準(zhǔn)確的方法，也是評價(jià)環(huán)境污染物與人群健康危害關(guān)系的重要手段。研究顯示，年齡、性別、生活習(xí)慣和飲食方式都是影響污染物體內(nèi)含量的重要因素。由于POCs的揮發(fā)性較低，對于非職業(yè)人群而言，膳食攝入是其暴露的主要途徑，尤其是魚類、肉類攝入，其攝入量受食物污染水平和食物消費(fèi)量的影響。膳食模式是綜合評估人群攝入的各種食物的含量和比例的研究方法，不同膳食模式可通過影響污染物的內(nèi)暴露含量而影響機(jī)體的健康狀態(tài)。此外，遺傳因素也可能與污染物的內(nèi)暴露

3、有關(guān)，特別是代謝酶的基因變異可通過改變酶的表達(dá)和/或代謝活性而改變體內(nèi)化合物原形及代謝產(chǎn)物量，影響健康危害結(jié)局。全基因組關(guān)聯(lián)研究(GWAS)是目前研究復(fù)雜疾病性狀的有效手段，可在全基因組水平篩選關(guān)鍵遺傳變異，但利用此方法探討遺傳變異與內(nèi)暴露含量關(guān)系的研究較少。因此，可從遺傳-環(huán)境的角度解釋化合物體內(nèi)含量的差異，有效闡明基因和環(huán)境如何改變化學(xué)物的體內(nèi)含量及分布特征及其對人群健康的危害，發(fā)現(xiàn)環(huán)境影響因素和易感人群，對于全面闡述環(huán)境與健康的關(guān)

4、系、實(shí)施精準(zhǔn)預(yù)防具有十分重要的意義。
　　研究目的:
　　選擇江蘇省淮河流域兩個(gè)典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)開展環(huán)境暴露評價(jià)和人群流行病學(xué)研究，系統(tǒng)探討環(huán)境介質(zhì)暴露狀況、飲食模式、遺傳變異對人群POCs內(nèi)暴露含量的影響，揭示飲食、遺傳與內(nèi)暴露含量的內(nèi)在聯(lián)系，為闡明POCs的健康危害、開展風(fēng)險(xiǎn)評估及實(shí)施精準(zhǔn)防治策略提供理論和實(shí)踐依據(jù)。
　　研究方法:
　　基于課題組前期研究，在相關(guān)資料調(diào)查與歷史資源考察的基礎(chǔ)上，結(jié)合本研究的研究目的，

5、選擇江蘇省淮河流域的典型農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（A區(qū)）和典型工業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（B區(qū)）作為研究區(qū)域。按照我國相關(guān)樣品采集標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置采樣點(diǎn)，收集水體（水源水和飲用水）、土壤和主要食物（主食、雞肉、魚肉、豬肉）;按照多級整群抽樣原則，納入該研究區(qū)域內(nèi)常住人口共計(jì)2353例，在簽署知情同意書后進(jìn)行面對面的問卷調(diào)查（包括飲食頻率調(diào)查）和體格檢查，并收集血液樣本。綜合運(yùn)用固相萃取、圓盤膜萃取和索氏提取等前處理方法和氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS/MS)，檢測水體、土壤、

6、食物和血清樣本中10種有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)和14種多氯聯(lián)苯(PCBs)的含量。
　　采用主成分法分析膳食資料評估膳食模式并進(jìn)行分類;使用多元線性回歸模型評價(jià)兩地區(qū)POCs內(nèi)暴露水平的影響因素;以POCs內(nèi)暴露含量為結(jié)局，納入A區(qū)511例研究對象開展GWAS篩選，并在兩地區(qū)人群采用Taqman基因分型法分別驗(yàn)證，通過多元線性回歸相加模型確定與代表性POCs內(nèi)暴露水平相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)。
　　基于遺傳變異位點(diǎn)結(jié)果（屬于CYP2

7、B6基因變異），開展實(shí)驗(yàn)室研究，通過雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)、WB和酶活性檢測實(shí)驗(yàn)觀察突變后CYP2B6的表達(dá)和酶活性變化;采用重組CYP2B6蛋白與p,p'-DDT孵育的體外代謝，觀察p,p'-DDT及其代謝產(chǎn)物的變化情況;采用清潔級SD大鼠進(jìn)行體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)，使用CYP2B1（與人CYP2B6同源）的特異性抑制劑KR-Ⅱ，觀察p,p'-DDT經(jīng)尾靜脈注射后，實(shí)驗(yàn)組和對照組中大鼠CYP2B1的活性變化以及不同時(shí)間段血清中p,p'-DDT及

8、其代謝產(chǎn)物的變化。
　　最后，基于飲食模式和遺傳變異位點(diǎn)分別對p,p'-DDE內(nèi)暴露水平的結(jié)果，采用多元線性回歸模型分析飲食模式與遺傳變異聯(lián)合作用的模式和強(qiáng)度，所有P值均為雙側(cè)檢驗(yàn)(P＜0.05)。
　　結(jié)果:
　　1.環(huán)境、食品及人群血清中代表性POCs的暴露狀況
　　兩地區(qū)環(huán)境中以HCHs和DDTs暴露為主，A區(qū)水體中的HCHs、DDTs、PCBs的暴露平均濃度明顯低于B區(qū)水體中的含量，B區(qū)水源水中HCHs的

9、暴露濃度(C水源水=74.14 ng/g)高于末梢水中的濃度（C末梢水=41.49 ng/g），水體中暴露以HCHs為主，其中主要是β-HCH(C水源水=16.60 ng/g);A區(qū)土壤中HCHs、DDTs、PCBs的暴露平均濃度(2.94、131.46和17.17 ng/g)明顯低于B區(qū)土壤中的含量（3.12、81.18和17.68 ng/g）;B區(qū)土壤中HCHs顯著低于DDTs濃度，土壤中以DDTs污染為主，其濃度高低依次為:p,p

10、'-DDT、p,p'-DDE、o,p'-DDT、p,p'-DDD、o，p'-DDD、o，p'-DDE;環(huán)境介質(zhì)中PCBs的濃度普遍偏低，濃度范圍在ND～19.74 ng/g。來源解析結(jié)果顯示，A區(qū)是典型的農(nóng)業(yè)使用區(qū)（農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)以林丹污染為主），B區(qū)為為工業(yè)來源，過去曾大量生產(chǎn)DDT，這符合兩地區(qū)的生產(chǎn)特點(diǎn)。
　　與環(huán)境介質(zhì)中暴露濃度趨勢相符，B區(qū)中食物的暴露濃度普遍高于A區(qū)，不同POCs化合物中，DDTs的暴露濃度最高;B區(qū)不同食

11、物中，動(dòng)物性食物中POCs的濃度高于植物性食品中的濃度，DDTs在蔬菜(CDDTs=76.59 ng/g)、面(CDDTs=26.24 ng/g)中的含量明顯低于豬肉(CDDTs=110.67 ng/g)、魚肉(CDDTs=196.78 ng/g)、雞肉(CDDTs=156.37 ng/g)中的含量;β-HCH、p,p'-DDE和p,p'-DDT是主要的污染物。
　　研究區(qū)域的人群的內(nèi)暴露檢測顯示，A區(qū)β-HCH、p,p'-DDE

12、和PCBs的總濃度（0.79、4.62和10.85μg/g lipid）明顯高于B區(qū)(0.48、3.87和15.52μg/g lipid);結(jié)合檢出率、內(nèi)暴露水平以及單體PCB與總PCBs的相關(guān)性，選擇p,p'-DDE和PCB126/PCB153作為POCs的代表性化合物。多元回歸模型分析影響內(nèi)暴露的影響因素為年齡、性別、BMI。
　　2.人群飲食模式及其對代表性POCs內(nèi)暴露水平的影響
　　A區(qū)的化合物膳食攝入量EDI(C

13、HCHs=26.66μg/kg.bw.d，CDDTs=24.09μg/kg.bw.d，CPCBs=5.32μg/kg.bw.d)高于B區(qū)的攝入(CHCHs=1.93μg/kg.bw.d，CDDTs=2.94μg/kg.bw.d，CPCBs=3.48μg/kg.bw.d)，A、B地區(qū)EDIp，p'-DDE估計(jì)為0.33和0.22μg/kg.bw.d。兩地區(qū)在全人群和高暴露人群中EDIp,p'-DDE與內(nèi)暴露水平呈顯著正相關(guān)（rA=0.05

14、3，rB=0.081，P＜0.05; rA=0.330，rB=0.129，P＜0.05），EDIp,p'-DDE更具代表性，與暴露來源相似，研究人群的內(nèi)暴露主要源自當(dāng)?shù)厥称?。使用三種代表性POCs各種食物的EDI進(jìn)行主成分分析，獲得主食模式、魚類模式和禽獸肉模式三種飲食模式。多元回歸模型分析可知，A地區(qū)血清PCB153內(nèi)暴露含量伴隨禽獸模式和魚類模式飲食得分增加而上升，與低飲食組相比，高飲食組內(nèi)暴露水平分別增加22.9％和27.2％;B

15、地區(qū)血清p,p'-DDE內(nèi)暴露水平伴隨魚類模式得分的增加而增加，與低魚類飲食組相比，中度和高度魚類飲食組人群內(nèi)暴露含量增加1.2％和4.9％，這符合POCs易蓄積在動(dòng)物性食品中的觀點(diǎn)。
　　3.遺傳易感位點(diǎn)篩選及與代表性POCs內(nèi)暴露水平的關(guān)聯(lián)性
　　以POCs內(nèi)暴露含量為結(jié)局，選取A區(qū)511例研究對象開展GWAS篩選，結(jié)果顯示，位于染色體19q13.2區(qū)域的兩個(gè)SNP與p,p'-DDE內(nèi)暴露含量的關(guān)聯(lián)達(dá)到全基因組顯著性水準(zhǔn)

16、(P＜1.0×105)，分別為rs2279345（位于CYP2B6基因內(nèi)含子區(qū)，β=-0.311，P=1.78×10-6）和rs3181842(位于CYP2B6基因內(nèi)含子區(qū)3'-UTR區(qū)，β=-0.348，P=9.86×10-7)，兩個(gè)位點(diǎn)高度連鎖(r2＞0.99);并在兩地區(qū)人群進(jìn)行驗(yàn)證(PA=1.78×10-8，PB=2.98×10-12 for rs2279345; PA=1.19×10-8，PB=2.21×10-12forrs3

17、181842)，兩地區(qū)總?cè)巳褐械尿?yàn)證結(jié)果更強(qiáng)。未發(fā)現(xiàn)與PCB126/PCB153內(nèi)暴露含量顯著相關(guān)的位點(diǎn)。
　　CYP2B6基因編碼代謝酶CYP2B6，人群研究結(jié)果顯示，CYP2B6基因位點(diǎn)突變顯著降低了p,p'-DDE內(nèi)暴露水平，初步推測該2個(gè)SNP位點(diǎn)的變異可能影響CYP2B6的活性，進(jìn)而影響化合物的代謝。由于rs2279345和rs3181842高度連鎖，且rs3181842的變異位點(diǎn)位于3'-UTR區(qū)，故選擇rs31818

18、42進(jìn)行功能研究。體外代謝實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，CYP2B6可代謝p,p'-DDT為p,p'-DDE，動(dòng)力學(xué)參數(shù)Km為15.12μM，Vmax為12.8 nmol/min/nmol P450;雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和WB實(shí)驗(yàn)表明，rs3181842 C/T位點(diǎn)突變可顯著降低CYP2B6的表達(dá)水平;大鼠體內(nèi)代謝實(shí)驗(yàn)顯示，使用CYP2B1特異性抑制劑（基于rs3181842 T突變導(dǎo)致的酶活性下降）可導(dǎo)致CYP2B1為代謝酶活性顯著下降，大鼠血清中

19、原形p,p'-DDT的殘留較多、代謝產(chǎn)物p,p'-DDE的生成物顯著減少。
　　4.CYP2B6基因變異和飲食模式對人群p,p'DDE內(nèi)暴露水平的聯(lián)合效應(yīng)
　　rs2279345和rs3181842不同基因型和不同飲食模式下分布并無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＞0.05);兩地區(qū)人群在相同飲食模式下，在rs2279345和rs3181842各自不同基因型下（分別為TT/CT/CC; CC/CT/TT）p,p'-DDE內(nèi)暴露水平顯著下降(P

20、＜0.001);B地區(qū)人群在rs3181842 CT/TT基因型下，p,p'-DDE內(nèi)暴露水平隨著魚類模式得分的增加而增加(CT: CT1=3.36 ng/g，CT2=3.50 ng/g，CT3=4.02 ng/g; TT: CT1=3.07 ng/g，CT2=3.34 ng/g，CT3=5.48 ng/g)，且具有顯著性差異(P=0.046，P=0.038)。
　　使用多元線性回歸模型分析飲食模式和遺傳變異對p,p'-DDE內(nèi)暴

21、露水平的聯(lián)合效應(yīng)，可見工業(yè)污染源B地區(qū)中rs3181842與各膳食模式的模型可解釋度R2達(dá)25.4％～37.0％，rs3181842突變基因可顯著降低內(nèi)暴露含量19.95％，而高得分魚類模式顯著增加內(nèi)暴露含量7.68％，rs3181842與魚類模式存在聯(lián)合效應(yīng)降低內(nèi)暴露含量15.8％，且具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.001)。
　　結(jié)論:
　　與兩地污染源特點(diǎn)一致（A區(qū)為農(nóng)業(yè)源污染，B區(qū)為工業(yè)源污染），B區(qū)環(huán)境介質(zhì)中POCs的濃度

22、高于A區(qū)，水體中以HCHs暴露為主，其中主要是β-HCH;土壤中以DDTs污染為主，其濃度高低依次為:p,p'-DDT、p,p'-DDE、o，p'-DDT、p,p'-DDD、o，p'-DDD、o,p'-DDE。與環(huán)境介質(zhì)中暴露濃度趨勢相符，B區(qū)中食物的暴露濃度普遍高于A區(qū)，不同POCs化合物中，DDTs的暴露濃度最高;由于A區(qū)膳食消費(fèi)量高于B區(qū)，A區(qū)人群的化合物膳食攝入量以及內(nèi)暴露水平均高于B區(qū)。p,p'-DDE和PCB126/PCB1

23、53是人群POCs內(nèi)暴露的代表性化合物，使用化合物的各種膳食的攝入量進(jìn)行主成分分析，獲得主食模式、魚類模式和禽獸肉模式，兩地區(qū)人群血清PCB153、p,p'-DDE內(nèi)暴露含量伴隨禽獸模式和魚類模式飲食得分增加而上升，這與POCs蓄積在動(dòng)物性食品的結(jié)果相一致。CYP2B6基因上的SNP rs2279345和rs3181842是影響p,p'-DDE內(nèi)暴露含量的重要遺傳變異位點(diǎn)，突變位點(diǎn)突變可將大大降低p,p'-DDE內(nèi)暴露水平。僅在工業(yè)源污