研究背景砷、镉为人类致癌物,铅为可能人类致癌物。研究表明,砷、镉、铅能完全或部分通过胎盘屏障进入胎儿体内,影响胎儿正常的生长发育以及出生后健康。即使是低水平的暴露仍可能影响胎儿宫内的生长发育,造成低出生体重等危害,但目前机制尚不清楚。DNA甲基化是哺乳类动物体内极为重要的自然化学修饰方式,能调控体内基因的表达,DNA甲基化与基因表达呈负相关,在启动子区低甲基化与转录活性呈正相关。DNA甲基化状态改变会导致细胞增殖和分化的相关基因表达异常,可造成细胞失去对正常过程的控制。目前关于宫内环境有害因素暴露与新生儿DNA甲基化水平的研究较少。有研究表明母亲尿砷水平与脐带血全基因组DNA甲基化水平成负相关,母亲骨铅水平均与脐带血全基因组DNA甲基化水平负相关,但未观察到脐带血砷、铅水平对全基因组DNA甲基化水平的影响。另有研究表明环境低水平的镉暴露能使妇女血中全基因组DNA甲基化水平发生改变,目前暂无孕期镉暴露与脐带血全基因组DNA甲基化水平关系的研究。IGF2和H19基因是一对印记基因,IGF2只在来源于父系的等位基因上获得表达(母系印记),而H19只在来源于母系的等位基因上获得表达(父系印记)。H19和IGF2交互印记,基因定位相近,共用同一调控体系,在胎儿以及出生后的生长发育方面起着重要作用。研究表明,IGF2与H19基因的差异性甲基化区域甲基化水平的改变会导致IGF2基因表达水平发生改变。IGF2基因的表达水平和胎儿的生长发育成正相关。现有研究表明,饥荒、吸烟等能使IGF2/H19甲基化水平发生改变,但无重金属暴露与IGF2/H19甲基化水平关系的研究。基于以上研究结果,本课题拟通过现场流行病学调查和实验室分析相结合研究宫内重金属镉、砷、铅暴露对新生儿生长发育的影响及其与DNA甲基化的关系,探讨DNA甲基化在砷、镉、铅影响胎儿发育中的作用,并为重金属致癌作用提供人群早期损伤的依据。研究目的本研究通过流行病学现场调查与实验室检测相结合的方法,了解湖北某重金属污染地区产妇和新生儿砷、镉、铅的暴露状况及影响因素；分析产妇与新生儿体内负荷水平的关系；阐明金属硫蛋白基因多态性和砷、镉、铅负荷水平的关系；明确宫内砷、镉、铅暴露对新生儿生长发育的影响；探讨宫内砷、镉、铅暴露对新生儿DNA甲基化水平的影响并分析其与生长发育的关系。研究内容和方法1流行病学调查选取湖北某市作为研究现场,根据既往资料,研究现场环境介质重金属污染超标,污染较严重。采用横断面调查的方法,对研究对象进行问卷调查。了解产妇的一般情况、生活环境情况、吸烟饮酒情况、家族及生育史、新生儿发育状况等。2生物样品的采集和检测2.1收集产妇产前中段尿样,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP/MS)检测砷、镉、铅水平。2.2收集产妇产前静脉血及分娩时脐带血,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP/MS)检测砷、镉、铅水平。2.3提取产妇血与脐带血中DNA,采用聚合酶链反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)方法分析MT1A-rs11076161、MT2Ars10636、MT2Ars28366003位点基因多态性。2.4提取脐带血DNA,采用高效液相色谱-串联质谱联用法(LC-MS/MS)检测全基因组DNA甲基化水平,采用焦磷酸测序法检测IGF2/H19基因共计7个位点的甲基化水平。研究结果第一部分母婴砷、镉、铅暴露水平及影响因素分析1产妇血中砷、镉、铅水平的中位数分别为：10.10、0.70、34.59μg/L；尿中砷、镉、铅水平中位数为：6.14、0.33、5.31μg/L;脐带血中砷、镉、铅水平的中位数为：7.43、0.16、26.75μg/L。产妇血比尿中砷、镉、铅水平高。产妇血中砷、镉、铅水平均高于脐带血。2产妇血和尿中的镉、铅水平正相关,砷水平无相关性；产妇血和脐带血中砷、铅水平正相关,镉水平无相关性。3产妇的文化程度、家庭收入、是否居住在交通主干道、孕期增重、孕期是否服用补充剂会影响其血砷水平；产妇的文化程度、家庭收入、孕期增重、家庭取暖方式、孕期是否服用补充剂会影响其血镉水平；产妇的文化程度、家庭收入会影响其血铅水平。第二部分母婴金属硫蛋白基因多态性分布及其与暴露的关系1产妇MT-2Ars28366003、MT-2Ars10636、MT1A-rs11076161位点突变型携带者血砷、镉、铅水平高于野生型。2新生儿MT-2Ars28366003、MT-2Ars10636、MT1A-rs11076161位点突变型携带者血砷、镉、铅水平高于野生型。第三部分宫内重金属暴露对新生儿生长发育的影响1单因素分析表明：脐带血砷水平会影响新生儿的身长、体重、胸围；脐带血镉水平会影响新生儿的身长、胸围；脐带血铅水平会影响新生儿的身长、头围。2多元线性逐步回归分析发现排出混杂因素后,脐带血砷水平会影响新生儿的出生身长、胸围；脐带血铅会影响新生儿的出生身长、头围。脐带血砷每增加1μg/L,新生儿身长减少0.083cm,新生儿胸围减少0.099cm；脐带血铅每增加1μg/L,新生儿身长减少0.016cm,新生儿头围减少0.016cm。未发现宫内镉暴露对新生儿生长发育的影响。第四部分砷、镉、铅暴露与DNA甲基化水平的关系1单因素分析表明脐带血砷高剂量组全基因组DNA甲基化水平高于低剂量组；未观察到脐带血镉、铅对全基因组DNA甲基化水平的影响。2单因素分析表明脐带血砷高剂量组新生儿IGF2基因甲基化水平低于低剂量组；脐带血镉高剂量组新生儿IGF2基因甲基化水平高于低剂量组；未观察到脐带血铅对新生儿IGF2基因甲基化水平的影响。3单因素分析未观察到脐带血砷、镉、铅对H19基因甲基化水平的影响。4多元线性逐步回归分析表明,脐带血砷、镉水平会影响全基因组DNA甲基化水平；未观察到脐带血铅对全基因组DNA甲基化水平的影响；脐带血砷会影响IGF2/H19基因甲基化水平,未观察到脐带血镉、铅对IGF2/H19基因甲基化水平的影响。第五部分新生儿脐带血DNA甲基化和生长发育的关系1新生儿脐带血全基因组DNA甲基化和生长发育无相关性。2新生儿脐带血IGF2基因甲基化水平和出生身长负相关。3新生儿脐带血H19基因甲基化水平和生长发育无相关性。研究结论1研究对象血液中砷、铅处于较高水平；产妇血和尿中的镉、铅水平正相关；产妇血和脐带血中砷、铅水平正相关。2金属硫蛋白基因多态性会影响砷、镉、铅在血中的负荷水平。3宫内砷、铅暴露会影响新生儿的生长发育。4宫内砷、镉暴露会影响新生儿全基因组DNA甲基化水平。5宫内砷暴露会影响新生儿IGF2/H19基因的甲基化水平。6新生儿IGF2基因甲基化水平和出生身长成负相关。