苯诱导DNA甲基化的分子机制研究进展

苯是重要的芳香烃有机溶剂，是广泛使用的工业原料；苯也存在于香烟烟雾及汽车尾气中。在工业上使用苯已经有100多年的历史。我国是苯的生产和消费大国，2010年我国纯苯年生产量已超过660万吨，占世界第二位。苯是报道最早的对职业人群有血液毒性的工业化学物之一。苯可引起多种健康危害，包括急性髓细胞性白血病（acute myeloid leukemia, AML），骨髓增生异常综合症（myelodysplastic syndrome, MDS）以及其他血液癌症。苯不仅引起职业人群的健康危害，也是儿童白血病的主要治病因素之一。多个病例-对照研究提出，交通干道、加油站以及汽车修理厂都是苯的污染源，居住在其附近的儿童中急性白血病的发病率显著增加。苯暴露所引起的骨髓抑制和染色体畸变已被大量流行病学研究及体外实验所证实，苯暴露所引起的表观遗传异常近年来也相继报道，但其作用机制还不清楚。

 越来越多的研究提出，环境致癌物不仅通过改变基因序列影响人类健康，还可通过表观遗传修饰使基因功能发生可遗传的变化，最终引起生命表型的变化和癌症的发生。表观遗传是调控基因表达的主要机制之一。DNA甲基化是主要的表观遗传标志。众所周知，在白血病等癌症中存在DNA甲基化的改变，全基因组非编码区的低甲基化可引起基因组不稳定，而特异基因启动子高甲基化可引起抑癌基因等关键基因的沉默。近期研究提出，苯的毒性与诱导表观遗传改变相关。在健康的加油站服务人员和交通警察中, p15启动子区的高甲基化以及 LINE-1（long interspersed element-1）和Alu 重复原件的低甲基化与低浓度苯暴露相关。我们课题组对苯中毒人群的初步研究发现，抑癌基因p15和p16 mRNA表达水平的降低可能受到这两个基因启动子异常高甲基化的调控。体外研究发现，苯代谢物氢醌（Hydroquinone, HQ）可引起TK6类淋巴母细胞及肝L02细胞全基因组DNA低甲基化。因此，苯所诱导的抑癌基因DNA启动子异常甲基化可能在苯的表观遗传毒性中起重要作用。

目前，DNA甲基化的调控机制并不清楚。有研究提出，启动子区的异常甲基化可能与DNA损伤有关。当DNA发生双链断裂时，应激相关蛋白SIRT1以及DNA甲基转移酶等被募集到断裂处与未修复的损伤或错配相结合，这些因子的持续存在有助于DNA甲基化的形成和蔓延。也有研究发现，启动子区的异常甲基化可能存在个体差异。在健康人群的类淋巴母细胞及脑、肝脏等各类组织中，甲基化的差异受到单核苷酸多态性（SNP）的影响。在肺癌高危人群及非小细胞肺癌病人中发现，DNA修复基因和抑癌基因启动子异常甲基化与具有抗氧化损伤功能的代谢酶基因（NQO1，GSTP1）多态性显著相关。在食管鳞状细胞癌病人中也发现DNA修复基因启动子甲基化与叶酸代谢酶基因（MTHFR）多态性相关。这些研究表明，代谢酶活性及其对DNA损伤的促进和保护作用可能是异常甲基化的主要影响因素之一。

苯的代谢酶在苯的毒性中起着重要作用，因为苯要通过体内的代谢活化产生有毒代谢产物才能发挥毒性作用。苯在代谢过程中产生的苯氧化物、苯醌、苯的二醇环氧化物以及活性氧都是亲电子剂，很容易与DNA和蛋白反应，从而引起DNA损伤和蛋白质功能的改变。越来越多的研究发现，在人类癌症中，代谢酶基因多态性对抑癌基因甲基化模式有显著影响。近期在人群及植物的研究中发现，位于不同染色体或远离CpG位点的SNP会影响DNA甲基化水平，从而提出基因与基因之间存在潜在的交互作用。本课题组在分析了11个苯毒性相关重要基因后首次报道了苯暴露工人DNA修复基因ERCC3的高甲基化以及苯代谢酶基因EPHX1多态性同时与DNA甲基化及白细胞计数降低有相关性，提示EPHX1基因多态性在调控苯引起的遗传和表观遗传改变中可能起重要作用。

综上所述，探索苯致DNA异常甲基化的作用机制，将有助于进一步阐明苯的致癌性，同时也为研究其他化学物所致甲基化异常改变提供线索，更有助于为职业人群健康监护寻找敏感的生物标志提供依据。

                      （毒理室 邢彩虹供稿）