环境化学污染与DNA 甲基化①

韦连登，庞雅琴，农碧燕，黄小凤，韦红玉，漆光紫

（右江民族医学院基础学院，广西 百色 533000 E－mail：wldeng2009＠126.com）

随着工业和经济的发展，越来越多的工业污染物及生活废物也释放于环境中，环境化学污染已成为威胁人类健康的全球热点问题。环境化学污染物可能通过两种方式诱发癌变，即遗传机制和表遗传机制。后者主要指环境化学污染物在不改变核酸序列的前提下，通过破坏基因的调节区和改变染色质结构，如DNA 甲基化（DNA methylation），导致多种基因的正常转录活性受损而致癌。本文旨在综述环境化学污染物对DNA甲基化的影响。

1 表遗传与DNA 甲基化

表遗传学（epigenetics）为我们研究基因功能提供了新的手段，表遗传概念不仅大大地拓宽了我们对基因调控和基因遗传性状的了解，还使我们对染色质结构、基因组完整性、胚胎发育、疾病发生等过程有了新的认识。在过去短短几年中，随着检测技术的逐渐成熟，表遗传已成为全球研究疾病发生发展最前沿的课题［1］。

表遗传学信息提供何时、何地和如何应用遗传信息的指令，在时空顺序上控制基因的表达，它不涉及DNA 序列改变但又可以通过细胞分裂遗传给子代细胞。表遗传学修饰的模式主要包括DNA 甲基化作用和染色质重塑（chromatin remodeling），在各种环境应答状态下，两种调控模式之间互相配合、互相作用，形成特定的表遗传调控系统。表遗传信息通过控制基因表达的时空顺序和作用方式，调节生长发育并维持正常生理活动，另外在转录活性调控、染色体结构修饰、X 染色体灭活、基因组印记、细胞凋亡、抑制重复序列以及维持基因组的完整性和稳定性等过程中都起着关键的作用［2］。

表遗传变异也称为表突变（epi－mutation），即错误的表遗传模式，与许多人类疾病的发生密切相关，例如肿瘤、衰老、免疫性疾病及中枢神经系统疾病等［1］。

DNA 甲基化作用是由DNA 甲基转移酶家族（DNA methyltransferase，DNMTs）以及与之相结合的蛋白复合体来完成的，大多数看家基因的启动子和第一外显子都具有可被甲基化的CpG 岛，生物体通过对基因差异甲基化区（differentially methylated region）的甲基化或去甲基化来调节基因的表达，CpG 岛的甲基化一般导致基因的沉默。组蛋白氨基末端内特定氨基酸残基经过共价修饰后成为一种标志在细胞中传递，构成所谓的“组蛋白密码”，这些密码可以被特定的蛋白质所识别，并将其转译成一种特定的染色质状态以实现对特定基因的调控［3］。

2 DNA 甲基化与肿瘤的关系

总体甲基化水平降低和启动子CpG 岛高甲基化可导致肿瘤的发生。抑癌基因与修复基因的甲基化导致抑癌基因沉默与修复基因失活，对肿瘤的抑制丧失与基因损伤增加，而总体甲基化水平降低可激活原癌基因，降低染色体稳定性［4－5］，从而导致肿瘤的发生。迄今已发现了83个甲基化敏感的肿瘤相关基因［6］。有学者发现错配修复基因hMSH2表达的缺失与胃组织DNA 甲基化有关［7］；肝癌、肺癌、膀胱癌、直肠癌细胞中MYOD1、CDH13、MGMT、P16INK4b 基因出现异常的甲基化现象［8］。

3 环境化学污染对DNA 甲基化的影响

有研究表明［9］，环境化学污染物可影响DNA 甲基化，主要方式是通过减弱甲基供体的可用性和影响DNMT 的活性。DNA 异常甲基化常伴发癌变，环境化学污染物常可促进癌症发生。

3.1 环境重金属污染对甲基化的影响 此类研究以镍致癌过程的表遗传研究开展的最早，结果显示镍诱导中国仓鼠细胞X染色体的异常甲基化，抑制抑癌基因和衰老相关基因、激活信号转导通路，同时活化多种转录因子；此外镍还直接结合在组蛋白上，干扰赖氨酸的乙酰化并影响基因的表达。类似于镍，砷和镉也有诱导表遗传突变的作用。有研究显示高浓度砷暴露的患者p16基因的启动区呈高甲基化。镉可诱发多种癌症，如肺癌、肾癌、前列腺癌、睾丸癌等［10］，重金属镉的暴露导致真核生物的某些组织如肾、肝中DNA 高甲基化，且这种高甲基化状态与镉的暴露时间和浓度相关［11－13］。金属镉对DNA 甲基化的影响可能是通过抑制生物的甲基转移酶的活力所致，且这种抑制作用与剂量、时间相关［14－16］。

3.2 环境化合物污染对DNA 甲基化的影响 苯巴比妥（phenobarbital）作用于敏感小鼠可导致基因组的低甲基化和CpG 岛的高甲基化。甲氧氯可导致卵巢组织DNA 高甲基化，主要机制是通过提高DNMTs的活性［17］。烯菌酮作用于孕期大鼠可导致其雄性后代发生异常的DNA 甲基化［18］。三氯乙烯、二氯乙酸和三氯乙酸可通过消耗甲基供体或降低甲基供体的可用性导致低甲基化［19］而与肝癌的发生有关。有学者发现低剂量苯暴露可导致外周血全基因组低甲基化［20］。苯二酚（Ta）可引起人类淋巴母细胞株TK6细胞全基因组呈低甲基化状态［21］。职业性三氯乙烯药疹样皮炎（OMDT）患者血清TNF－α基因启动子区呈低甲基化状态［22］。苯并［a］芘（B［a］P）诱导的恶性转化细胞polβ－T 中DNA 甲基化转移酶（DNMT1、DNMT3b）表达水平增高，DNMTs酶活性减低，提示B［a］P 可能通过诱导肿瘤相关基因甲基化水平的异常［23］。硫酸铍可致小鼠肝脏组织总DNA 甲基化水平升高及p53、c－fos、c－jun基因启动子区CpG 岛甲基化［24］。以上的研究同时还表明，环境化合物污染对亲代DNA 甲基化的影响可传递给子代。

4 环境化学污染物影响DNA 甲基化的机制

DNA 甲基化作用是由DNMTs以及与之相结合的蛋白复合体来完成的。DNMTs是环境化学污染物引起DNA 甲基化作用的重要靶点。环境化学污染物可通过干扰DNMTs的表达或与DNMTs直接结合抑制其活力；化学物－DNA 复合物的形成干扰DNMTs的催化功能等方式来影响DNA 的甲基化状态。研究显示二氢杨梅素能够在一定程度上降低DNMT1 mRNA 的表达水平，而抑制DNMTs的活性［25］。重金属镉与色氨酸残基结合，抑制DNMTs与DNA 的结合，改变DNMTs的催化活性［16］。甲基亚硝基脲（MNU）能与DNA 结合，使DNA 发生烷基化，阻抑DNMTs的催化活性［26］。

5 展望

据估计80%～90%的肿瘤的发生与环境因素有关，而环境污染对健康的危害主要表现为长期低剂量接触所造成的致突变、致癌、致畸作用，因此环境污染特别是环境化学污染引起的肿瘤问题是愈来愈受到研究者的关注。由于医疗水平的限制，导致大多数的肿瘤很难被早发现、早诊断和早治疗，而这正是肿瘤治疗的关键。因此迫切需要寻找出能预测环境污染物暴露和疾病发生早期的标记物；加强环境化学污染的接触水平、毒性作用机制的研究，寻找新型分子生物标志，是肿瘤预防和治疗的研究热点。

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