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目的:流行病学研究证明,由于环境、职业和治疗性原因使人类长期暴露于砷及其化合物,皮肤、膀胱及呼吸系统等部位的肿瘤发病率明显增高。燃煤型砷中毒是由于长期使用砷含量高于100mg/kg的煤,高砷煤释放出大量的砷污染粮食、辣椒和室内空气,通过饮食与呼吸大量的砷蓄积体内,而造成的慢性砷中毒。本研究在现场流行病学调查的基础上,通过检测燃煤型砷中毒病人外周白细胞抑癌基因p16、p15、RASSF1A启动区的甲基化,并对抑癌基因和DNA甲基化酶(DNMT)的表达水平进行研究,探讨燃煤型砷中毒对抑癌基因甲基化及抑癌基因和DNA甲基化酶表达水平的影响,为进一步研究砷致癌的分子机制提供依据。
方法:
⑴应用现场流行病学调查方法,对贵州燃煤型砷中毒病区的病人、病区对照和病区外对照进行流行病学调查。
⑵运用甲基化特异性PCR方法(Methylation-specific PCR,MSP),检测外周白细胞抑癌基因p16、p15、RASSF1A启动区的甲基化状况,分析影响抑癌基因甲基化的相关因素。
⑶运用RT-PCR方法,检测外周白细胞抑癌基因p16、p15、RASSF1A的RNA转录水平,分析影响抑癌基因转录水平的影响因素。
⑷运用RT-PCR方法,检测外周白细胞DNMT1、DNMT3A、DNMT3B的RNA转录水平,分析影响DNMT转录水平的影响因素。
结果:
第一部分燃煤型砷中毒对抑癌基因甲基化的影响。
⑴抑癌基因p16、p15、RASSF1A启动区的甲基化率病例组显著高于内、外对照组,并呈现随砷中毒病情增加的趋势(P<0.01)。
⑵经对性别、年龄、民族、居住年限、文化程度、吸烟、饮酒等进行的单因素分析表明其不是影响抑癌基因p16、p15甲基化的因素;而年龄是影响RASSF1A基因甲基化的因素,RASSF1A基因甲基化人群与非甲基化人群平均年龄比较有显著性差异,甲基化人群平均年龄显著大于非甲基化人群(P<0.05)。
⑶多元Logistic回归分析结果显示,p16、p15基因甲基化的主要影响因素是砷中毒程度,其标准回归系数(b)分别是2.189和1.956,P值分别为0.000和0.001。随着砷中毒程度加深,p16、p15基因甲基化率增加。RASSF1A基因甲基化的主要影响因素是砷中毒程度和年龄,其标准回归系数(b)分别为1.776和1.068,P值分别为0.014和0.037,随着砷中毒程度加深和年龄增加,RASSF1A甲基化率增加。
第二部分燃煤型砷中毒对抑癌基因表达水平的影响。
⑴抑癌基因p16和RASSF1A的转录水平外对照组、内对照组、砷中毒轻度、中度、重度中毒组之间总体有显著性差异(P<0.05),随砷中毒程度加深,抑癌基因p16和RASSF1A的转录水平降低;抑癌基因p15的转录水平总体无显著性差异(P>0.05)。
⑵经对性别、民族、居住年限、文化程度、吸烟、饮酒等进行的单因素分析表明其不是影响抑癌基因p16、p15和RASSF1A转录水平的因素。年龄与p16转录水平无相关关系(P>0.05);年龄与p15转录水平呈正相关关系,随年龄增大p15转录水平升高(P<0.05);年龄与RASSF1A转录水平呈负相关关系,随年龄增大RASSF1A转录水平降低(P<0.01)。
⑶多元线性回归分析结果显示,p16转录水平的主要影响因素是砷中毒程度和文化程度,其标准回归系数(b)分别是-0.191和0.144,P值为分别为0.010和0.050,随着砷中毒程度加深,p16转录水平显著降低;而文化程度高的研究对象其p16转录水平更高,说明文化程度对砷中毒引起的p16转录水平降低可能是一个保护因素;p15转录水平的主要影响因素是年龄,其标准回归系数(b)是0.159,P值为0.033,随着年龄的增高,p15转录水平显著升高;RASSF1A基因转录水平的主要影响因素是砷中毒程度和年龄,其标准回归系数(b)分别是-0.313和-0.169,P值为0.000和0.017,随着砷中毒程度加深和年龄增大,RASSF1A转录水平显著降低。
第三部分燃煤型砷中毒对DNMT表达水平的影响。
⑴DNMT1和DNMT3B的转录水平外对照组、内对照组、砷中毒轻度、中度、重度中毒组之间总体有显著性差异(P<0.01),随砷中毒程度加深,DNMT1和DNMT3B的转录水平显著升高;DNMT3A的转录水平总体无显著性差异(P>0.05)。
⑵经对性别、年龄、民族、居住年限、文化程度、吸烟、饮酒等进行的单因素分析表明吸烟是影响DNMT1转录水平的因素(P<0.01),吸烟者DNMT1转录水平显著高于不吸烟者;年龄与DNMT3B转录水平呈正相关关系,随年龄增大, DNMT3B转录水平升高(P<0.05)。
⑶多元线性回归分析结果显示,砷中毒程度是影响DNMT1和DNMT3B转录水平的主要因素,其标准回归系数(b)分别是0.358和0.390,P值均为0.000,随着砷中毒程度加深,DNMT1和DNMT3B转录水平显著升高。按P<0.05显著水平,与DNMT3A转录水平相关的影响因素无一能进入多元线性回归模型中。
第四部分研究结果的综合分析。
⑴抑癌基因甲基化及转录水平和DNMT转录水平三者之间的单因素分析结果。抑癌基因p16、p15和RASSF1A甲基化人群其基因转录水平显著低于非甲基化人群(P<0.05),抑癌基因的高甲基化可能影响基因的表达,使其转录水平降低。抑癌基因p16、RASSF1A甲基化人群其DNMT3A和DNMT3B转录水平显著高于非甲基化人群(P<0.05),DNMT表达的升高可能造成抑癌基因的高甲基化。抑癌基因p16转录水平与DNMT3B转录水平之间存在负相关关系(P<0.05),随着DNMT3B水平升高,抑癌基因p16转录水平降低;抑癌基因RASSF1A转录水平与DNMT1转录水平之间存在负相关关系(P<0.05),随着DNMT1水平升高,抑癌基因RASSF1A转录水平降低。说明DNMT活性的升高可能引起抑癌基因的高甲基化,间接引起抑癌基因表达下降。
⑵影响抑癌基因甲基化及转录水平和DNMT转录水平三者的多因素分析综合考虑抑癌基因甲基化及转录水平和DNMT转录水平三者之间的联系后进行的多元Logistic回归分析和多元线性回归分析结果显示如下:砷中毒程度是抑癌基因p16、p15和RASSF1A甲基化的主要影响因素,随着砷中毒程度的加深,抑癌基因甲基化增加;另外DNMT3B转录水平也是影响p16甲基化的主要因素之一,而年龄是影响RASSF1A甲基化的主要因素之一。砷中毒程度和文化程度是p16转录水平的主要影响因素,其回归系数(b’)分别是-0.210和0.149,说明随着砷中毒程度加深,p16转录水平逐渐降低;而文化程度高的研究对象其p16转录水平更高,文化程度可能对砷中毒引起的转录水平下降是一个保护因素。p15甲基化和DNMT3A转录水平是p15转录水平的主要影响因素,其标准回归系数(b)分别是-0.195和0.160,说明随着p15甲基化升高,p15转录水平降低;而随着DNMT3A转录水平增高p15转录水平也增高。砷中毒程度和年龄是RASSF1A转录水平的主要影响因素,其标准回归系数(b)分别是-0.313和-0.169,说明随着砷中毒程度加深和年龄增大,RASSF1A转录水平逐渐降低。砷中毒程度是DNMT1和DNMT3B转录水平的主要影响因素,随着砷中毒程度加深,DNMT1和DNMT3B转录水平升高。另外p16甲基化也是DNMT3B转录水平的影响因素,p16甲基化高的研究对象其DNMT3B转录水平也高。
结论:
①燃煤型砷中毒是抑癌基因p16、p15、RASSF1A启动区高甲基化的主要影响因素,并随着砷中毒程度加深,甲基化率显著升高。
②燃煤型砷中毒是抑癌基因p16和RASSF1A转录水平的主要影响因素,并随着砷中毒程度加深,转录水平显著下降;p15转录水平无显著变化。
③燃煤型砷中毒是DNMT1和DNMT3B转录水平的主要影响因素,并随着砷中毒程度加深,转录水平显著升高;DNMT3A转录水平无显著变化。
④抑癌基因p16、p15和RASSF1A甲基化人群其基因转录水平显著低于非甲基化人群,抑癌基因甲基化可能影响基因转录水平。
⑤抑癌基因p16、RASSF1A甲基化人群的DNMT3A和DNMT3B转录水平显著高于非甲基化人群,DNMT表达升高可能是造成抑癌基因高甲基化的因素之一。
⑥抑癌基因p16转录水平与DNMT3B转录水平之间存在负相关关系,抑癌基因 RASSF1A转录水平与DNMT1转录水平之间存在负相关关系,DNMT转录水平可能影响抑癌基因的转录水平。
综合上述研究结果,燃煤型砷中毒对抑癌基因的甲基化及表达、DNMT表达均是一个主要影响因素;抑癌基因的甲基化及表达、DNMT表达三者之间也存在相互联系。但由于本研究仅是一个横断面的初步研究,对其内在机制的探讨有待进一步的深入研究。