我研究院郭丽琼团队通过对天津地区普通人群血浆样品中多环芳烃及其衍生物暴露水平的初步调查，分析其浓度水平与线粒体DNA（mitochondrial DNA, mtDNA）甲基化水平的关系，首次在天津ELEFANT（全生命周期中环境和生活因素对代谢健康的影响研究）人群中探索了血浆中血小板mtDNA甲基化水平与多环芳烃类污染物内暴露之间的关系。该研究结果于2022年6月以“Association between mitochondrial DNA methylation and internal exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), nitrated-PAHs (NPAHs) and oxygenated-PAHs (OPAHs) in young adults from Tianjin, China”为题发表在环境科学类中科院分区2区杂志Ecotoxicology and Environmental Safety上。我院郭丽琼、刘子泉是本文共同第一作者，天津理工大学环境科学与安全工程学院李彭辉、南开大学环境科学与工程学院姬亚芹为通讯作者，天津大学温州（安全）应急研究院为第一完成单位。
持久性有机污染物（persistent organic pollutant, POPs）可通过呼吸、皮肤接触、饮食等环境暴露途径进入人体并被吸收。在POPs中，多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是环境中最常见的化合物，它具有“三致”效应，即致畸性，致突变性和致癌性。流行病学研究表明，PAHs暴露与人体发生神经管缺陷、心脏病、哮喘、癌症和其他疾病有关。近年来，PAHs衍生物如硝基多环芳烃（nitrated-PAHs, NPAHs）和含氧多环芳烃（nitrated-PAHs, OPAHs）受到越来越多的关注。通过建模分析，PAHs、NPAHs、OPAHs对健康的影响已得到广泛评估，但关于它们对生物标志物的影响却少有研究。本研究利用天津地区采集的110份血浆样本，选取线粒体编码的两个基因MT-CO1（MT-CO1-P1，MT-CO1-P2）和tRNA-Leu（tRNA-Leu-P1，tRNA-Leu-P2）进行甲基化分析，采用亚硫酸氢酶-PCR焦磷酸测序法测定MT-CO1和tRNA-Leu的甲基化水平，研究了人体血浆中PAHs、NPAHs和OPAHs浓度与mtDNA甲基化水平的相关性。据悉，本研究是首次发现PAHs及其衍生物内暴露水平与mtDNA甲基化水平之间存在显著相关性。
研究结果
人血浆中PAHs、NPAHs和OPAHs的含量
PAHs、NPAHs和OPAHs中位数浓度分别为16.0（IQR：14.4-20.7）ng/mL、82.2（IQR：63.1-97.6）ng/mL和49.6（IQR：28.6-53.8）ng/mL。
图1. 不同地区人体血液样本中PAHs含量的比较
PAHs、NPAHs和OPAHs在不同基质中的分布变化
本研究采用SIM模式GC-MS/MS检测到血浆样品中存在3种PAHs、12种NPAHs和5种OPAHs（表2）。PAHs、NPAHs和OPAHs分别占总测量浓度的13.4%、56.5%和30.1%（图2），其中衍生物（NPAHs和OPAHs）共占86.6%，约为PAHs的5.5倍，表明PAH衍生物特别是NPAHs在血浆污染物总浓度中占很大比例。
表2：人血浆中PAHs、NPAHs和OPAHs的浓度
图2. 人体血浆和环境空气中PAHs、NPAHs和OPAHs分布的比较
mtDNA甲基化水平
MT-CO1-P1，MT-CO1-P2、tRNA-Leu-P1和tRNA-Leu-P2的甲基化水平分别为0.67% ± 1.38%、13.54% ± 2.59%、7.23% ± 5.35%和1.64% ± 2.94%（图3）。
图3. MT-CO1和tRNA-Leu（四个mtDNA基因CpG位点MT-CO1-P1，MT-CO1-P2、tRNA-Leu-P1和tRNA-Leu-P2）的甲基化水平研究表明，tRNA-Leu-P1甲基化水平随教育程度的不同发生显著性变化（p=0.021），MT-CO1-P2甲基化水平与年龄（p=0.080）和tRNA-Leu-P1甲基化水平与饮酒（p=0.051）之间也观察到较弱的相关性。这些结果证实了人口统计学特征可以独立地影响mtDNA的甲基化水平，这在健康保护领域值得更多关注。
表3. mtDNA甲基化水平（%）与研究人群的人口学特征之间的相关性
mtDNA甲基化水平与污染物内暴露水平之间的关系
对于MT-CO1-P2，NPAHs总暴露量与MT-CO1-P2甲基化水平呈正相关。对于MT-CO1-P2，总PAHs浓度与较高的mtDNA甲基化水平相关，NPAHs和OPAHs与MT-CO1甲基化水平呈负相关。对于tRNA-Leu-P1，研究证实PAH暴露是影响tRNA-Leu-P2甲基化的独立因素。
表4. mtDNA甲基化水平与人体血浆中PAHs、NPAHs和OPAHs暴露的个体同源物的关系
结论
迄今为止，很少有文献对暴露于POPs与人类mtDNA甲基化水平之间的关系进行研究。本研究首次报道了MT-CO1和tRNA-Leu的甲基化水平与PAHs、NPAHs和OPAHs内暴露相关。通过各种途径暴露后，PAHs、NPAHs和OPAHs在人体内积累，可导致mtDNA甲基化水平发生变化，从而影响这些基因的表达。了解PAHs暴露影响下mtDNA甲基化的分子机制，有助于开发新的生物标志物，也有助于公共卫生领域环境疾病的诊断或干预。
