楊寶霞，黎 萍，鄭百紅

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 兒科，吉林 長(zhǎng)春130041)

新近大量研究證實(shí)，空氣污染物與兒童哮喘發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。空氣污染物包括顆粒物(PM)，O3、SO2、NOx、CO、苯等。其中，顆粒物指生物顆粒(花粉、真菌孢子、細(xì)菌等)、土壤顆粒和煙霧顆粒等混合物；主要分為可吸入顆粒物(PM10，空氣動(dòng)力學(xué)直徑<10 μm)以及細(xì)顆粒物(PM2.5，空氣動(dòng)力學(xué)直徑<2.5 μm)，顆粒物可通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液[1]?？諝馕廴疚锟蓙?lái)自于交通相關(guān)空氣污染(TRAP)、柴油機(jī)尾氣顆粒(DEP)、家庭供暖等。研究證實(shí)，顆粒物會(huì)影響兒童肺功能，誘導(dǎo)兒童哮喘的發(fā)生、發(fā)展[2]。Lee等[3]發(fā)現(xiàn)孕期顆粒物的暴露和早期兒童哮喘相關(guān)，且孕中期為暴露的敏感時(shí)間窗，孕期顆粒物的暴露對(duì)男胎的影響更明顯。

近年研究發(fā)現(xiàn)，空氣污染物可在染色體、基因等不同水平影響遺傳物質(zhì)，包括染色體結(jié)構(gòu)改變、DNA損傷、基因突變以及表觀遺傳的改變等。DNA甲基化是表觀遺傳最常見(jiàn)的修飾形式之一，DNA甲基化[4]是在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)的作用下，使CpG二核苷酸胞嘧啶5號(hào)碳原子上添加一個(gè)甲基集團(tuán)，形成5-甲基胞嘧啶；甲基化區(qū)域多在啟動(dòng)子、加強(qiáng)子等基因調(diào)控序列區(qū)域。輔助性T淋巴細(xì)胞兩種亞型Thl細(xì)胞和Th2細(xì)胞的失衡、Treg細(xì)胞、Th17活性等是哮喘發(fā)生、發(fā)展的重要機(jī)制。越來(lái)越多的證據(jù)表明，空氣污染物可通過(guò)調(diào)控哮喘相關(guān)細(xì)胞及細(xì)胞因子的分泌相關(guān)基因及基因組的甲基化，影響哮喘的發(fā)生、發(fā)展[5]，本文綜述了相關(guān)研究進(jìn)展。

1 空氣污染物對(duì)免疫細(xì)胞相關(guān)基因DNA甲基化程度的影響

1.1 空氣污染物對(duì)Th1細(xì)胞相關(guān)基因甲基化的影響

干擾素(IFN)基因家族是Th1相關(guān)的基因，其表達(dá)產(chǎn)物可抑制氣道過(guò)敏性免疫反應(yīng)。其中IFN-γ促進(jìn)Th1細(xì)胞分化，抑制Th2細(xì)胞分化，減少I(mǎi)L-4、IgE的分泌，可降低氣道高反應(yīng)性。研究表明，空氣污染物暴露增加效應(yīng)T細(xì)胞IFN-γ基因甲基化水平[6]，抑制IFN-γ分泌，從而促進(jìn)哮喘發(fā)生；而藥物抑制IFN-γ基因的甲基化可減輕哮喘動(dòng)物的癥狀[7]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究[8]表明，和對(duì)照組比較，圍產(chǎn)期煙草暴露會(huì)導(dǎo)致C57BL/6小鼠IFN-γ基因啟動(dòng)子區(qū)甲基化水平持久性顯著升高，抑制IFN-γ細(xì)胞因子表達(dá)；暴露于DEP后，小鼠IFN-γ基因多個(gè)CpG位點(diǎn)甲基化，導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞(包括Th1、Th17及Treg細(xì)胞)數(shù)量增加[9]。Lee等[3]發(fā)現(xiàn)孕期多環(huán)芳烴(PAH)暴露與臍帶血白細(xì)胞IFN-γ啟動(dòng)子甲基化增加有關(guān)。

1.2 空氣污染物對(duì)Th2細(xì)胞相關(guān)基因甲基化的影響

Th2細(xì)胞釋放IL4、IL10等多種細(xì)胞因子，介導(dǎo)氣道炎癥及氣道高反應(yīng)。Yue等[10]對(duì)BALB/c孕鼠進(jìn)行OVA致敏，隨后進(jìn)行NO2暴露，子代小鼠Th2細(xì)胞極化、IL4啟動(dòng)子去甲基化，并表現(xiàn)出哮喘的氣道炎癥反應(yīng)；孕期NO2的暴露導(dǎo)致子代出生后哮喘的發(fā)生率增加。Liu[11]等研究證實(shí)DEP和致敏原的暴露均可導(dǎo)致IL4啟動(dòng)子甲基化增加，血清IgE水平升高。細(xì)胞因子IL10會(huì)促進(jìn)免疫耐受，并抑制B細(xì)胞產(chǎn)生IgE。Prunicki[12]等發(fā)現(xiàn)，哮喘發(fā)作與IL10內(nèi)含子區(qū)甲基化水平呈顯著正相關(guān)，短期及長(zhǎng)期高水平CO、NO2、PM2.5的暴露均可導(dǎo)致其甲基化水平升高，抑制IL10基因表達(dá)，導(dǎo)致外周血IL10水平下降。

1.3 空氣污染物對(duì)Treg細(xì)胞相關(guān)基因甲基化的影響

叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3(Foxp3)是Treg活化的重要轉(zhuǎn)錄因子，在對(duì)抗哮喘和氣道高反應(yīng)性的共同抗原耐受中發(fā)揮重要作用。一項(xiàng)研究[21]評(píng)估了短期及長(zhǎng)期外界空氣污染物暴露對(duì)哮喘的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CO、NO2、PM2.5的暴露與Foxp3甲基化呈正相關(guān)，與Treg細(xì)胞活性呈負(fù)相關(guān)；2年后，該團(tuán)隊(duì)對(duì)33名研究對(duì)象外周血研究發(fā)現(xiàn)，外界空氣污染物暴露與Foxp3啟動(dòng)子甲基化仍然呈正相關(guān)。Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3(Runx3)在人類(lèi)扁桃體的Treg細(xì)胞表達(dá)豐富，Runx3基因沉默會(huì)減弱Treg細(xì)胞的免疫抑制作用，與哮喘發(fā)病密切相關(guān)[13]。哮喘患兒體內(nèi)Runx3基因甲基化水平升高，孕期煙草暴露可導(dǎo)致子代Runx3甲基化水平增加[14]。

1.4 空氣污染物對(duì)Th17細(xì)胞相關(guān)基因甲基化的影響

Th17細(xì)胞產(chǎn)生IL-22、IL-17、TNF-α等多種細(xì)胞因子參與哮喘發(fā)病。有研究[15]表明：哮喘兒童高水平DEP暴露者的血清IL-17水平比低水平暴露者高6倍，IL17與DEP相關(guān)的哮喘發(fā)作有關(guān)。Alejandro[16]等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也有類(lèi)似發(fā)現(xiàn)。有研究[17]稱，持久性有機(jī)污染物中多溴聯(lián)苯的暴露導(dǎo)致臍帶血TNF-α基因去甲基化。

2 空氣污染物對(duì)DNA甲基化調(diào)控基因及其他基因甲基化的影響

2.1 空氣污染物對(duì)DNA甲基化調(diào)控基因甲基化的影響

甲基胞嘧啶雙加氧酶TET-1促進(jìn)DNA去甲基化；TET1基因的表達(dá)水平與其啟動(dòng)子CpG位點(diǎn)甲基化水平呈負(fù)相關(guān)。Hari等[18]對(duì)早年以及現(xiàn)居住地暴露于TRAP的哮喘兒童的研究發(fā)現(xiàn)：TET1基因啟動(dòng)子區(qū)cg23602092低甲基化與哮喘急性發(fā)作間有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)(P=0.04)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)，TRAP暴露與TET1的cg23602092位點(diǎn)低甲基化相關(guān)(P<0.001)。該研究表明TRAP暴露導(dǎo)致TET1表達(dá)增加，調(diào)控下游相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平，從而促進(jìn)哮喘的發(fā)生、發(fā)展。

2.2 空氣污染物對(duì)其他哮喘相關(guān)基因甲基化的影響

呼出氣一氧化氮(FENO)是哮喘氣道炎癥的生物指標(biāo)；FENO主要受誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS/NOS2)的調(diào)控。FENO升高是哮喘的主要特征之一。顆粒物的暴露會(huì)導(dǎo)致iNOS/NOS2基因甲基化降低，iNOS過(guò)度表達(dá)，繼而促進(jìn)FENO的合成[19,20]。

長(zhǎng)鏈乙酰輔酶A家族成員3(ACSL3)基因位于2q36.1位點(diǎn)，是新近發(fā)現(xiàn)的哮喘易感基因。一項(xiàng)研究[21]顯示，產(chǎn)婦PAH的暴露會(huì)造成胎兒臍帶血中ACSL3基因甲基化水平下降，導(dǎo)致哮喘的高風(fēng)險(xiǎn)。

受體酪氨酸激酶Axl是固有免疫的關(guān)鍵信號(hào)分子。Axl基因啟動(dòng)子區(qū)CpG甲基化會(huì)導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的過(guò)度刺激，介導(dǎo)兒童哮喘的發(fā)生。孕期煙草暴露導(dǎo)致子代Axl的基因甲基化增加了2.3%[22]；出生時(shí)Axl基因甲基化水平每升高1%，兒童期喘息的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加了72%，且女孩比男孩更明顯[23]。

3 空氣污染物對(duì)基因組DNA甲基化程度的影響

基因組甲基化程度與哮喘發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[24]。長(zhǎng)散在核重復(fù)序列-1(long interspersed nuclear element-1，LINE-1)和重復(fù)序列Alu甲基化水平體現(xiàn)了全基因組甲基化程度。正常情況下，LINE-1是高度甲基化的；Alu序列是基因組重新甲基化過(guò)程中的甲基化中心。研究[25]表明，LINE-1甲基化水平的降低與基因組的穩(wěn)定性有關(guān)，也是氣道慢性炎癥疾病的一個(gè)重要特征。高濃度的PM2.5暴露可導(dǎo)致LINE-1甲基化水平下降和Alu甲基化下降[26]，孕期煙草暴露導(dǎo)致子代Alu甲基化顯著降低(P=0.03)[27]。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，空氣污染物通過(guò)調(diào)控炎癥相關(guān)免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子相關(guān)基因、DNA甲基化調(diào)控基因以及基因組甲基化水平，促進(jìn)哮喘的發(fā)生及發(fā)展。明確空氣污染物與哮喘相關(guān)的甲基化分子標(biāo)志物將有助于闡明哮喘的發(fā)病機(jī)制，為采取措施減少顆粒物的暴露，以及哮喘的防治提供科學(xué)依據(jù)與新思路。