上海交通大学学报(医学版), 2025, 45(4): 500-507 doi: 10.3969/j.issn.1674-8115.2025.04.013

综述

铅毒性的表观遗传学机制研究进展

张欣欣1, 颜崇淮,1,2

1.上海交通大学公共卫生学院,上海 200025

2.上海交通大学医学院附属新华医院,教育部和上海市环境与儿童健康重点实验室,上海 200092

Advances in epigenetic mechanisms of lead toxicity

ZHANG Xinxin1, YAN Chonghuai,1,2

1.Shanghai Jiao Tong University School of Public Health, Shanghai 200025, China

2.Ministry of Education-Shanghai Key Laboratory of Children's Environmental Health, Xinhua Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine, Shanghai 200092, China

通讯作者: 颜崇淮,主任医师,博士;电子信箱:yanchonghuai@xinhuamed.com.cn

编委: 张慧俊

收稿日期: 2024-11-10   接受日期: 2024-12-19   网络出版日期: 2025-04-21

基金资助: 国家自然科学基金.  81973062

Corresponding authors: YAN Chonghuai, E-mail:yanchonghuai@xinhuamed.com.cn.

Received: 2024-11-10   Accepted: 2024-12-19   Online: 2025-04-21

作者简介 About authors

张欣欣(1999—),女,硕士生;电子信箱:beverlyz0201@163.com。 。

摘要

铅是一种普遍存在于环境中的有毒重金属,也是人类历史上使用最早、应用最为广泛的重金属元素之一。由于铅在环境中不可降解,并且在人体内具有较长的生物累积效应(可长达30~50年),即使极低浓度的铅也能对人体造成健康损害,因而被世界卫生组织(World Health Organization,WHO)列为十大公共卫生关注化学品之一。铅进入人体后,通常会分布在脑、肝脏、肾脏、牙齿和骨骼等组织中,进而对全身各个系统、多种脏器和组织产生广泛的毒性作用。表观遗传学是研究基因表达在不改变核苷酸序列的情况下发生可遗传变化的学科,它揭示了基因表达修饰如何对细胞进行调控,导致具有相同DNA序列的细胞表现出不同形态与功能。尽管铅的毒性机制尚未完全明确,但近年来的研究表明,表观遗传学调控可能是铅毒性作用的重要机制之一。环境铅暴露可通过引发个体细胞的DNA甲基化、组蛋白修饰和微RNA(microRNA,miRNA)等表观遗传学改变,进而而诱发多种毒性反应。该文就铅毒性相关的表观遗传学机制研究现状,着重从DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA 3个方面进行综述,旨在从表观遗传学角度审视铅毒性,并为进一步探究铅的毒性机制提供理论基础。

关键词: ; DNA甲基化 ; 组蛋白修饰 ; 微RNA

Abstract

Lead is a ubiquitous toxic heavy metal and one of the earliest and most widely used heavy metal elements in human history. Due to its non-degradable nature in the environment and its long biological accumulation effects (lasting up to 30‒50 years) in the human body, even trace amounts of lead can cause significant health damage. It has therefore been classified as one of the top ten public health concerns by the World Health Organization (WHO). Once absorbed into the body, lead is typically distributed in tissues such as the brain, liver, kidneys, teeth, and bones, thereby exerting widespread toxic effects on multiple organ systems. Epigenetics is the study of heritable changes in gene expression that occur without alterations in the nucleotide sequence. It reveals how modifications in gene expression regulate cellular functions, leading to diverse cellular phenotypes and functions despite identical DNA sequences. Although the toxic mechanisms of lead are not yet fully elucidated, recent studies suggest that epigenetic regulation may play a significant role in mediating lead toxicity. Environmental lead exposure can induce various epigenetic modifications in cells, such as DNA methylation, histone modifications, and microRNA (miRNA) alterations, which, in turn, can trigger multiple toxic responses. This paper presents a concise overview of current epigenetic investigations into lead toxicity, emphasizing DNA methylation, histone modifications, and miRNA dynamics. By adopting an epigenetic perspective, it offers a theoretical framework into understanding lead's toxic mechanisms comprehensively, facilitating further research in prevention and treatment strategies.

Keywords: lead ; DNA methylation (DNMT) ; histone modification ; microRNA (miRNA)

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本文引用格式

张欣欣, 颜崇淮. 铅毒性的表观遗传学机制研究进展. 上海交通大学学报(医学版)[J], 2025, 45(4): 500-507 doi:10.3969/j.issn.1674-8115.2025.04.013

ZHANG Xinxin, YAN Chonghuai. Advances in epigenetic mechanisms of lead toxicity. Journal of Shanghai Jiao Tong University (Medical Science)[J], 2025, 45(4): 500-507 doi:10.3969/j.issn.1674-8115.2025.04.013

铅作为一种长期存在于环境中的有毒重金属,广泛应用于工业、交通等领域,对人类健康构成严重威胁。尽管铅的使用已逐渐受到限制,暴露源有所减少,但由于其在环境中难以降解并能在人体内长期积累,因而仍然对公共卫生构成重大挑战1。铅暴露与神经毒性、肾脏损害、免疫抑制等多种健康问题密切相关。然而,铅毒性的具体机制,特别是在分子层面的作用,尚未完全阐明,仍是当前研究的重点。

近年来,表观遗传学的快速发展为揭示铅毒性机制提供了新的研究视角。铅通过改变DNA甲基化、组蛋白修饰和调控微RNA(microRNA,miRNA)等表观遗传机制,调控基因表达,这一过程可能与铅诱发的多种疾病相关2。然而,尽管已有研究探讨了铅暴露与表观遗传学修饰的关系,但大多研究仅侧重于单一位点的修饰或某一特定疾病,缺乏对铅暴露引起的表观遗传多维度调控效应的系统性分析。

该文旨在总结铅暴露与表观遗传学变化的最新研究进展,重点探讨DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA等表观遗传机制如何介导铅的毒性反应。通过对现有文献的综合分析,为揭示铅毒性机制提供理论支持,并为未来研究方向和公共卫生防控提供参考。

1 铅暴露对DNA甲基化的影响

DNA甲基化是一种常见的DNA修饰,指在DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase,DNMT)催化下,S-腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)的甲基基团被添加到胞嘧啶5号碳上的过程。在哺乳动物中,这一过程主要发生在CpG位点,即与鸟嘌呤相邻的胞嘧啶上。DNA甲基化的改变可以调控基因转录,沉默特定基因的表达,从而影响细胞的生理功能3。近年来,越来越多的研究表明血铅含量与DNA甲基化水平改变显著相关,多个受铅影响的甲基化位点已被鉴定,其调控机制可能是铅会干扰DMNT与DNA的相互作用,从而引起DNA甲基化的改变。目前绝大部分研究认为血铅含量会导致DNA甲基化水平的升高,但也有研究报道了铅导致部分DNA位点的甲基化水平降低。这种改变会影响相关基因的转录水平,进而对细胞多种生理功能造成不良影响。

1.1 胎儿及婴幼儿期铅暴露引起DNA甲基化水平改变,并对神经发育产生不良影响

多哈理论(developmental origins of health and disease,DOHaD)认为,发育关键时期的环境暴露会影响个体在整个生命过程中的健康与疾病发生的风险。与成年阶段相比,由于存在宫内暴露及生长发育迅速等特点,胎儿及婴幼儿时期对铅毒性的敏感性更高。

胚胎时期,母体铅可通过胎盘进入胎儿体内,改变胎儿细胞DNA甲基化并影响其神经发育。一项日本的研究发现,脐带血铅浓度与全基因组DNA甲基化水平显著正相关,并提出脐带血细胞DNA甲基化水平可作为产前铅暴露的生物标志物4。中国的另一项研究报告了母体铅暴露与脐带血中涉及脑神经元发育相关基因的DNA甲基化水平显著相关5。此外,还有研究发现母体血铅与脐带血中参与神经元凋亡的半胱天冬酶8(caspase 8,CASP8)甲基化水平降低显著相关6。在胎盘样本中,TUNG等7指出胎盘铅水平与涉及神经系统发育相关基因的DNA甲基化水平相关。有团队则进一步提出铅导致的胎盘糖皮质激素受体细胞DNA甲基化水平上调会扰乱胎儿的皮质醇调节系统,最终导致神经行为异常2

此外,在胚胎早期,存在如神经元发育分化、胶质细胞及突触形成、树突生长和髓鞘形成等一系列时间依赖性过程8,这提示孕期铅暴露对胎儿细胞DNA甲基化的影响具有特定的“窗口期”。在Project Viva队列中,BOZACK等6发现脐带血CASP8位点的甲基化仅与妊娠早期铅暴露相关;在ELEMENT队列中,研究团队分别分析了孕早、中、晚期母体骨铅(髌骨和胫骨骨铅反映个体长期累积铅暴露水平)与脐带血细胞DNA甲基化的关联,结果显示不同时期铅暴露导致的CpG位点甲基化存在差异9。后续研究中,该团队还评估了母体血铅水平、脐带血基因特异性细胞DNA甲基化与儿童神经发育结果(包括智力发育指数、精神运动发育)的关联,并进一步探讨了妊娠不同时期铅暴露对儿童神经发育的易感性窗口10

围产期铅暴露对子代细胞DNA甲基化的影响还存在性别差异。有研究11-15在围孕期32 mg/L醋酸铅自由饮水暴露(模拟人类母体血铅水平在160~600 μg/L范围)的小鼠子代肝脏、血液、大脑皮质和心脏组织中发现了显著的性别差异性DNA甲基化位点。这种差异性甲基化改变驱动性别差异化表达,产生性别二态性(sex dimorphism)的结果。具体而言,雄性细胞DNA甲基化改变主要涉及端脑发育和神经胶质细胞的分化,雌性则是对细胞分裂的调节16

1.2 成人铅暴露引起整体DNA甲基化水平下降,但上调特定位点DNA甲基化

铅污染是一种常见的环境污染方式,尤其是在某些特定工作环境中,职业工人更易受到铅污染的影响,因而已有较多职业铅暴露的相关报道。与针对婴幼儿的研究主要集中于铅暴露对其生长发育的影响不同,成人相关的研究主要关注铅暴露与神经系统疾病和癌症等重大疾病的关系。目前关于铅暴露对成人细胞DNA甲基化的影响(图1)尚未得出结论性共识,其相关研究仍需进一步深入。

图1

图1   铅对DNA甲基化的调控以及对下游基因的两面性

Fig 1   Dual effects of lead on DNA methylation and downstream genes


长散在重复序列1(long interspersed nuclear elements 1,LINE1)和Alu重复序列承载了人类基因组中大部分的CpG位点,其甲基化水平常被用以替代评估全基因组甲基化状况17。铅暴露通常导致重复序列的整体低甲基化。在中国职业铅暴露的相关研究18-19中,职业工人的血铅水平与LINE1及Alu的甲基化水平显著负相关。尽管仍很难确定铅暴露导致的DNA甲基化水平下降是疾病的原因还是结果,但已有研究1表明,这种低甲基化是一些复杂疾病的特征,它与染色质松弛和转录激活相关,导致基因组不稳定,进而增加癌症风险。

铅暴露也会导致特定位点基因启动子的高甲基化。在以12.5 mg/kg(每周3次)醋酸铅灌胃处理的10周龄Sprague-Dawley大鼠大脑皮质中,有研究观察到抑癌基因P53和DNA修复蛋白8-氧鸟嘌呤DNA糖苷酶(8-oxoguanine DNA glycosylase,OGG1)基因启动子的高甲基化20;前者具有控制细胞周期进程、保护DNA完整性、预防肿瘤发生的作用,后者参与DNA碱基修复,表达调控相关基因的表达,二者基因启动子的高甲基化可能与实验中铅暴露鼠大脑皮层细胞凋亡增加及DNA损伤加剧等现象有关。这一现象也同样在职业暴露工人的人群研究中得以复现19。此外,铅暴露也与δ-氨基-γ-酮戊酸脱氢酶(δ-aminolevulinic acid dehydratase,ALAD21以及P1618基因启动子高甲基化相关。ALAD的抑制可导致δ-氨基-γ-酮戊酸(δ-aminolevulinic acid,ALA)蓄积,进而引发血液系统的氧化损伤;而P16基因在细胞周期调控中发挥重要作用,其表达抑制可能增加肿瘤发生的风险。总之,铅引起的特定位点高甲基化主要与抑癌基因表达抑制和氧化应激损伤等效应密切相关。

值得注意的是,在成人铅暴露导致的DNA甲基化水平改变相关研究中,衰老是导致重复序列低甲基化的重要混杂因素。在真核生物中,转座子元件的转录激活是细胞衰老的重要特征之一22。换而言之,细胞衰老与重复序列整体低甲基化相关。因此,探究铅暴露对成人细胞DNA甲基化影响的相关研究中,需充分考虑并剔除年龄带来的影响。

1.3 DNA甲基化水平可能作为铅累积暴露的生物标志物

铅的半衰期较长,通常使用髌骨和胫骨铅含量作为累积铅暴露的金标准。但骨铅含量测定的成本高,难度大,仪器不能量产,导致可行性低。DNA甲基化改变相对稳定,因而铅诱导的DNA甲基化一旦发生,就可在个体中持续保留23。当无法直接获得过去铅暴露数据时,使用血液中某些特定基因的DNA甲基化改变评估个体过去铅累积暴露量的方法可为后续相关领域研究的深入提供新的思路。COLICINO等24使用受试者髌骨与胫骨铅含量及其血液细胞的DNA甲基化数据,构建了2项基于血液细胞DNA甲基化改变反映过去累积铅暴露的生物标志物,为仅使用血液样本估计个体累积铅暴露提供了实际可行的方案。随后,PAUL团队25及KUPSCO团队26分别在人群帕金森研究队列以及强心研究队列计划(Strong Heart Study,SHS)中使用血液细胞DNA甲基化模型评估受试者累积铅暴露程度,验证了仅使用血液样本估计累积铅暴露程度这一方案的实际可行性。但该DNA甲基化生物标志物是基于美国男性老年白人样本开发研究的,考虑到种族、性别及年龄等因素影响,目前仍需要更多人群和动物相关实验来验证。

2 铅暴露对组蛋白修饰的影响

核小体由组蛋白八聚体(包含组蛋白H2A、H2B、H3和H4各2个)及其包裹的DNA组成,是染色质的基本组成单位。组蛋白修饰指在组蛋白游离末端添加不同的化学基团,这会影响核小体结构和染色质凝集状态,从而调节转录活性并发挥基因表达调控的作用27。在组蛋白修饰中,目前研究最多的是组蛋白H3上第27位赖氨酸(histone H3 lysine 27,H3K27)和组蛋白H3上第9位赖氨酸(histone H3 lysine 9,H3K9)的修饰。其修饰包括甲基化和乙酰化等多种类型,不同类型的修饰对染色质状态以及基因表达有不同的影响。铅暴露影响组蛋白修饰的研究较少,目前只涉及体外实验和动物研究,且存在各研究结论不一致的情况。

2.1 铅暴露介导的细胞组蛋白甲基化水平变化

铅暴露引起的组蛋白甲基化变化主要发生在H3的赖氨酸残基处,常见如H3K27me3和H3K9me3。在细胞实验中,0.1和0.5 mg/L铅显著降低了人胚胎肾组织细胞系(human embryonic kidney 293T cell,HEK293T细胞)的H3K9me3水平28,5 mg/L的铅也显著降低了大鼠原代海马神经元细胞的H3K27me329。在XIAO等30的研究中,铅暴露通过增加大鼠海马白介素-6(interleukin-6,IL-6)的表达,抑制zeste同源物2增强子(enhancer of zeste homolog 2,EZH2)的表达,后者可甲基化组蛋白H3上的赖氨酸残基,特别是H3K27,最终降低大鼠海马H3K27me3水平,诱导空间学习记忆障碍的发生。但也有研究报道了铅暴露伴随的H3K27me3水平上调现象。例如,在出生后第1~20天自由饮水暴露于2 000 mg/L醋酸铅C57BL/6鼠中,其大脑皮层在除第180天外的整个生命周期中表现出较高的H3K27me3水平31。这一现象与100 mg/L醋酸铅自由饮水暴露的C57/BI6雌鼠子代额叶皮层和海马组织中H3K27me3的显著增加相一致32

H3K27me3是兼性异染色质的核心成分,它介导的异染色质可抑制细胞重编程,从而影响组织发育。而H3K9me3则主要富集于组成型异染色质中,有研究报道了H3K9me3的抑制可以恢复神经突触功能,缓解衰老大脑的认知能力下降,改善记忆力33。在铅暴露浓度15和50 μg/L的条件下,人神经母细胞瘤细胞系(SH-SY5Y)经96 h处理后,H3K27me3分别降低了约13.9%和23.8%。与此相对应的是,赖氨酸去甲基化酶6A和6B(lysine demethylase 6A and 6B,KDM6A/KDM6B)的表达显著上调。此外,H3K9me3在铅浓度从15 μg/L到50 μg/L时,分别降低了约12.3%和增加10.4%。这一非单调性变化趋势可能与多种表观遗传调控因子的复杂相互作用有关,其具体机制尚不明确,仍需进一步研究以揭示其潜在的分子机制34

2.2 铅暴露介导的细胞组蛋白乙酰化水平改变

组蛋白乙酰化(histone acetylation)是在组蛋白乙酰基转移酶(histone acetyltransferase,HAT)和组蛋白去乙酰基酶(histone deacetylase,HDAC)的催化下,组蛋白N末端尾部的赖氨酸(lysine,K)或精氨酸(arginine,R)残基上乙酰基转移的可逆过程。通常情况下,组蛋白H3的整体乙酰化与转录活性相关,特定位点的乙酰化则增加相应基因的转录活性35。暴露于铅常导致H3整体乙酰化水平增高及特定位点乙酰化水平下调。在大鼠海马及心血管组织中,铅暴露均导致了H3整体乙酰化水平的增加36-37,这也与铅暴露职业工人的人群研究结果相一致38

H4K12ac与转录激活和DNA修复有关,H3K9ac是目前为止铅毒性相关研究中报道最多的组蛋白乙酰化修饰,与炎症控制和细胞凋亡等过程高度相关35。在铅导致的特定位点组蛋白乙酰化改变相关研究中,50和100 mg/L的铅暴露下,SH-SY5Y细胞中H3K9ac和H4K12ac水平均降低39,经2.07 mg/L铅处理24 h的PC12细胞中H3K9ac水平明显下调40。在动物实验中,也有研究31报道了铅暴露与小鼠大脑皮层H3K9ac水平下调相关。

H3K9ac水平的变化常常伴随着HDAC活性的改变。除去与其他类型没有同源性的第Ⅲ类HDAC(也称为Sirtuins)外,人类经典HDAC(Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ类)共有11种亚型41,均具有去乙酰化活性、促进异染色质形成、抑制相应基因转录激活的功能。由于组蛋白的乙酰化修饰是一个可逆的过程,故HDAC及其抑制剂的合理使用可在改善铅毒性中起到一定作用。在铅处理的PC12细胞和自由饮水暴露于150 mg/L醋酸铅的SD大鼠海马中,均观察到HDAC2和HDAC4蛋白表达量的显著升高,曲霉素A(可抑制哺乳动物HDAC)的处理或瞬转HDAC2敲除质粒都可显著降低铅引起的PC12细胞神经轴突生长损伤和SD大鼠的神经毒性42。此外,HDAC4抑制剂LMK-235或HDAC4敲除质粒的使用改善了铅暴露引起的神经轴突生长缺陷43HDAC2的敲除也可改善铅对C2C12 成肌细胞分化的抑制44。由于铅暴露会增强HDAC1和HDAC2的相互作用,形成HDAC1/2复合物,体外实验40证明双敲低载体shHDAC1/2的使用显著改善了由铅暴露所致的PC12细胞神经轴突生长损伤以及大鼠认知能力障碍。

总之,尽管目前关于铅对组蛋白修饰的研究尚不充分,但已有研究表明,铅可通过调控组蛋白修饰水平,影响细胞的生理功能。组蛋白修饰的改变也可能一定程度上削弱铅的毒性作用。尽管现有研究结果尚不完全一致,这些初步发现仍为深入揭示铅的毒性机制以及干预策略提供了重要线索。未来仍需更多的深入研究,为铅中毒的早期诊断与治疗提供新的理论依据和实践方向。

3 铅暴露调控miRNA表达

miRNA是一种可与mRNA 3′端非翻译区(3′ untranslated region,3′UTR)结合,在转录后或翻译水平调控基因表达的内源性非编码RNA。目前已知的miRNA种类丰富,在脊椎动物基因组中已经发现了上千种不同的miRNA。然而评估铅暴露对miRNA影响的相关研究仍非常有限45

3.1 铅暴露对不同miRNA表达的调控及健康效应

铅暴露常伴随miRNA的表达改变。有研究发现墨西哥女性血铅与miR-155表达呈显著正相关,与miR-126表达呈显著负相关46,WEN等人47结合欧盟Interreg Memories项目中5例阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)患者和2例对照组脑区miRNA数据及瑞典北部健康与疾病研究(Northern Sweden Health and Disease Study,NSHDS)受试者健康时的血液miRNA测序结果,发现铅暴露与miR-3651、miR-150-5p以及miR-664b-3p表达呈负相关,与miR-627表达呈正相关。在中国铅暴露职业工人样本中,miR-572表达与血铅水平呈显著正相关,miR-520c-3p、miR-211和miR-148a的表达与血铅水平呈显著负相关45

研究表明,铅导致的miRNA表达水平变化,可以通过调控靶基因表达水平,介导铅暴露的毒性过程。在印度西北部铅暴露职业工人血清中,与非暴露组相比,miR-155和miR-221表达显著上调,两者分别对应46和36个潜在靶基因,所有靶基因均涉及如细胞凋亡、细胞增殖及细胞因子产生等功能48。另一项对铅暴露职业工人的研究中,miR-146a作为负调节因子,直接靶向调控IRAK1基因表达,并在高血铅水平个体中显著上调,IRAK1基因的上调促进炎症因子的释放和细胞凋亡38;提示铅暴露伴随的miR-146a表达升高可能通过抑制促炎细胞因子的表达进而促进炎症的消退。

此外,对miRNA的调控可能干预铅的毒性效应。X连锁凋亡蛋白抑制剂(X-linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)是一种有效的凋亡抑制剂,可阻碍CASP3、CASP7和CASP9的激活,并触发一系列级联反应。铅处理的HT-22和PC12细胞系中XIAP水平和细胞活力均降低,而抑制miR-106b-56p可逆转这一现象49。类似地,抑制miR-378a-3p的表达可逆转铅暴露介导的谷胱甘肽(glutathione,GSH)减少和脂质ROS水平增加50。HAN等51也在醋酸铅处理的原代小鼠肾间质成纤维细胞中发现miR-143-5p可通过靶向趋化因子配体20(C-C motif chemokine ligand 20,CCL20)调节间质成纤维细胞过度增殖和功能障碍,以减轻铅毒性介导的肾纤维化。

3.2 铅暴露通过miRNA调控介导神经毒性和学习记忆损伤

铅对miRNA的调控也在其介导的神经毒性和学习记忆损伤中发挥着重要的作用。淀粉样蛋白沉积是AD显著的病理特征,主要由β-淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)和微管相关蛋白tau(microtubule-associated proteintau,MAPT)的聚集形成。β-位点淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein,APP)切割酶1(β-site APP cleavage enzyme-1,BACE1)是将APP分解为Aβ的关键酶,Aβ和tau通路的转录调节因子SP1受miR-124调控52。已有研究53-54表明,铅对miRNA的调控可能导致AD的发病风险增加。此外,0.2%醋酸铅自由饮水暴露显著提高了C57BL/6鼠脑组织中BACE1水平,这会引起Aβ累积以及神经退行性疾病的发生发展;但在同样暴露于25 μmol/L浓度醋酸铅的SH-SY5Y细胞系中,添加miR-124-3p对照组BACE1水平有所降低55。Sirtuin 1(SIRT1)可影响tau蛋白的磷酸化状态,被认为是AD早期诊断的潜在生物标志物,能靶向抑制SIRT1表达水平的miR-138-5p、miR-141-3p和miR-34c-3p在铅暴露后表达显著增加56。由于miRNA可在树突周围一过性表达,对外界刺激产生活动性依赖,以上现象提示miRNA可能不仅参与了铅暴露后的损伤过程,也在停止暴露后的细胞“自我修复”中起到了一定作用(图2)。

图2

图2   铅暴露诱导AD相关miRNA变化并抑制特定基因表达

Fig 2   Lead Exposure alters AD-related miRNAs and suppresses gene expression


铅的神经系统毒性还可通过其伴随的miRNA表达变化及其诱导神经突触结构与功能改变来解释。有研究发现,高血铅诱导大鼠海马miR-34b表达增高以及突触相关膜蛋白2(vesicle-associated membrane protein 2,VAMP2)的下调,导致发育性神经精神功能障碍,阻断miR-34b可减轻铅对VAMP2的影响57。在另一项研究中,WANG等58发现,阻断miR-130可逆转铅诱导的前扣带回皮层突触前靶标SNAP-25蛋白表达降低,并减轻铅暴露后的突触前结构与功能改变以及小鼠注意力缺陷。目前已有的铅暴露对miRNA的调控及其可能的功能总结详见表1

表1   铅暴露对miRNA的调控及其相关效应

Tab 1  Regulation of miRNA by Pb exposure and its related effects

GeneExpression changeSample typeEffectReference
miR-155/miR-221UpregulatedPeripheral blood samples from adultsCell apoptosis, cell proliferation, and cytokine productionPMID: 32902755
miR-146aUpregulatedPeripheral blood samples from adultsInhibition of inflammatory factor release and cell apoptosisPMID: 36274319
miR-106b-56pUpregulatedHT-22 and PC12 cell linesDecreased XIAP levels and cell viabilityPMID: 32344020
miR-378a-3pUpregulatedHT-22 cell lineReduced GSH and increased lipid ROS levelsPMID: 35588615
miR-143-5pDownregulatedFibroblast samplesRegulation of dysfunction of interstitial fibroblastsPMID: 35485286
miR-106b/miR-124/miR-34cUpregulatedCerebral cortex tissue samplesInduced neurotoxicity and learning/memory impairmentPMID: 29614648/27293183
miR-34bUpregulatedHippocampal tissue samplesInduced developmental neuropsychiatric dysfunctionPMID: 35367965

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4 结语

综上所述,铅可通过DNA甲基化、组蛋白修饰及miRNA改变的表观遗传学机制产生毒性作用。尽管表观遗传学研究在癌症及一些代谢性疾病中取得了显著进展3,但在铅毒性中的表观遗传调控机制研究及其临床转化应用仍相对有限。目前已有证据提示表观遗传学修饰对铅中毒的干预与治疗具有一定可行性和潜在的应用前景,但仍需更多研究和开发。

作者贡献声明

张欣欣负责文献整理、撰写初稿并完成修改,颜崇淮负责写作指导和论文审阅。2位作者均阅读并同意了最终稿件的提交。

AUTHOR's CONTRIBUTIONS

ZHANG Xinxin was responsible for literature review, drafting the initial manuscript, and completing revisions, while YAN Chonghuai was responsible for providing writing guidance and reviewing the paper. Both authors have read and agreed to submit the final manuscript.

利益冲突声明

所有作者声明不存在利益冲突。

COMPETING INTERESTS

Both authors disclose no relevant conflict of interests.

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