PTH-PKA-AP1通路对燃煤氟砷暴露人群骨代谢的修饰作用

摘要

目的：本研究通过流行病学调查及实验室检测，研究燃煤氟砷污染对暴露人群骨代谢的交互作用；并以PTH-PKA-AP1通路相关蛋白、基因的改变为切入点，研究PTH-PKA-AP1通路对燃煤氟砷暴露人群骨代谢的修饰作用，找到该通路中最关键的调控点以及氟砷交互作用最敏感的蛋白或基因；进行剂量-效应关系评价，同时计算氟、砷暴露人群骨代谢损伤的基准剂量（Bechmark dose，BMD）及其可信限下限（Bechmark dose lower confidence limit，BMDL），以估算燃煤氟砷污染引起骨代谢损伤的氟、砷生物暴露限值，筛选早期敏感的生物学标志，为氟砷交叉污染的防治及其毒作用机制研究提供科学依据。 方法：本研究以燃煤污染型氟暴露人群为调查对象，共216例，其中男性104例，女性112例，根据氟斑牙分度≤2、尿氟（Urinary Fluorine，UF）含量<1.2mg/gCr、临床症状、体征及X线检查未见明显异常等，筛选出内对照组33例（男性22例，女性11例）、病例组183例（男性82例，女性101例）。现场进行环境流行病学和临床流行病学调查，分别采集环境样本（大米、辣椒、玉米、煤、菜土、粘土、水、空气）及生物样本（血样、尿样），用于检测下列标志：①外暴露标志：环境介质中氟、砷浓度；②内暴露标志：UF、尿砷（Urinary Arsenic，Uas）含量；③生物效应标志：骨代谢标志：尿Ⅰ型胶原交联氨基末端肽（Urinary type Ⅰcollagen cross-linked N-telopeptides，UNTX）、尿羟脯氨酸（Urinary hydroxyproline，UHYP）及骨强度指数（Strength index，STI）；PTH-PKA-AP1通路效应标志：c-FOS、c-JUN mRNA相对表达量、甲状旁腺激素（Parathyroid hormone，PTH）、蛋白激酶A（Protein kinase A，PKA）及活化蛋白1（Activator protein 1，AP1）蛋白表达量。氟浓度采用氟离子选择电极法；砷浓度采用原子荧光光谱法；STI采用定量超声骨强度仪测定；UHYP含量采用氯胺T法测定；UNTX、PTH、PKA、AP1含量采用酶联免疫吸附实验法；c-FOS、c-JUN mRNA相对表达量采用荧光定量PCR（Quantitative polymerase chain reaction，Q-PCR）法。以尿氟、尿砷浓度分组，交互作用分组为尿氟、尿砷不同水平的组合。 结果：①环境介质中氟、砷浓度：调查环境中室内外空气、燃煤、菜土、粘土、大米、辣椒、玉米中的氟含量以及辣椒、饮水、菜土、粘土中的砷含量均有不同程度超过国家标准或推荐参考值。②氟、砷对骨代谢标志的交互作用：病例组UF、Uas、UNTX、UHYP含量均高于内对照组；随着UF、Uas水平增高，UHYP、UNTX异常检出率逐渐增高，上述结果差异均有统计学意义（p<0.05或p<0.01）。不同UF、Uas水平STI异常检出率差异无统计学意义（p>0.05）；UF、Uas水平与UNTX、UHYP含量间以及UF 水平与STI间存在明显的剂量-效应关系（p<0.05或p<0.01），而Uas水平与STI间剂量效应关系不明显（p>0.05）；氟、砷对NTX交互作用有统计学意义（p<0.01），而对HYP、STI的交互作用均无统计学意义（p>0.05）。氟、砷混合暴露引起骨代谢改变的UF BMD及BMDL范围分别为0.66～1.34mg/gCr、0.54～1.10 mg/gCr，Uas BMD及BMDL范围分别为8.02～18.86μg/gCr、6.85～15.21μg/gCr。③氟、砷对PTH-PKA-AP1通路相关标志的影响：病例组c-FOS相对表达量高于内对照组，而c-JUN相对表达量改变不明显，UF、Uas与c-FOS、c-JUN相对表达量间存在明显的剂量效应关系（p<0.05或p<0.01）；氟、砷对c-FOS的交互作用有统计学意义（p<0.05），而对c-JUN的交互作用无统计学意义（p>0.05）；氟、砷混合暴露引起基因改变的UF BMD及BMDL范围分别为0.67～1.83 mg/gCr、0.53～1.51mg/gCr，Uas BMD及BMDL范围分别为5.64～32.50μg/gCr、5.07～21.52μg/gCr。病例组PTH高于内对照组，氟与PTH之间以及PTH-PKA-AP1通路各标志间相关关系明显（p<0.01）；病例组PKA、AP1与内对照组相比改变不明显，差异无统计学意义（p>0.05）；氟、砷对AP1的交互作用有统计学意义（p<0.05），而对PTH、PKA的交互作用均无统计学意义（p>0.05）。 结论：①调查地区属于燃煤污染型氟砷联合中毒病区，该地区人群长期暴露于此环境中容易受到氟、砷联合毒性的影响。②在该暴露水平下，氟、砷对NTX在低氟低砷水平下主要表现为拮抗作用，在低氟高砷、高氟低砷水平主要表现为协同作用；氟、砷对HYP、STI不存在交互作用。③对氟、砷暴露人群进行健康监测时，应考虑毒物之间存在的交互作用，应将暴露标志和效应标志相结合，这样才能更好的反映氟砷联合毒性致骨代谢的早期变化，从而有效地预防氟砷致暴露人群骨代谢的进一步损伤。④建议氟砷混合暴露引起骨代谢损伤的生物暴露限值，UF为0.54mg/gCr，Uas为6.85μg/gCr。⑤PTH-PKA-AP1通路参与了燃煤氟致暴露人群骨骼的损伤，砷可能通过影响c-FOS转录水平的表达，继而影响转录因子AP1，间接参与氟致骨骼的损伤。⑥UNTX可作为评价燃煤氟砷致暴露人群骨代谢损伤的敏感生物学标志；c-FOS可作为评价燃煤氟砷对骨骼损伤的敏感分子生物学标志。

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文摘

英文文摘

论文说明:略缩词表

声明

前言

第一部分 燃煤氟砷污染对暴露人群骨代谢的交互作用

第二部分 PTH-PKA-AP1通路在燃煤氟砷暴露人群骨代谢的修饰作用

结论

参考文献

致谢

硕士研究生期间发表的论文情况及获奖情况

综述 骨组织再生的调解员—PTH及PTHrP