多环芳烃暴露与表观遗传调控基因在胚胎停滞中的相互作用

《Environmental Pollution》：Interactions Between Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Exposure and Epigenetic Regulatory Genes in Embryonic Arrest

　　

• 多环芳烃（PAHs）暴露通过与表观遗传调节因子ALKBH5相互作用影响胚胎停育的风险。
• PAH-DNA加合物作为内部暴露的生物标志物，与胚胎停育风险增加存在强相关性。
• ALKBH5升高介导了PAHs暴露与胚胎停育之间的关联。
• ALKBH5 rs4925144 TT基因型可降低风险，而CC/CT基因型则增加易感性。

**引言**

胚胎停育是指妊娠第一 trimester（妊娠头三个月）期间胚胎发育停止或早期胚胎在子宫腔内死亡，是临床上常见的不良妊娠结局，主要表现为停经后不规则阴道出血和妊娠症状减弱[1]。在全球范围内，胚胎停育影响了10%-15%的临床确认妊娠[2]，越来越多的流行病学证据表明，近年来其发病率呈稳步上升趋势[3]，[4]，且发病年龄逐渐提前[5]。迄今为止，已确立的胚胎停育危险因素包括染色体异常、高龄产妇、异位妊娠、先天性或后天性生殖器官异常、内分泌障碍、免疫失调以及不健康的生活方式行为[6]，[7]，[8]。然而，尽管经过广泛的临床评估，约50%的受影响女性仍然无法明确病因[9]，这突显了识别新的环境及遗传决定因素并阐明其潜在致病机制的迫切需求。

多环芳烃（PAHs）是一类持久性有机污染物，主要通过有机物的不完全燃烧或热解产生。排放来源大致分为自然来源（如火山喷发和森林火灾）和人为贡献。关键在于，与燃烧相关的活动——包括车辆尾气、工业排放以及居民燃煤或生物质燃烧取暖——是环境PAHs污染的主要驱动因素，特别是在本研究区域[10]，[11]。鉴于这些来源释放的PAHs具有不同的毒性效力，这种区分对于评估其对人体（特别是对孕妇等敏感亚群）的具体不良健康影响至关重要。此外，PAHs在环境基质中表现出异质性化学组成。燃烧研究已确认，燃料的芳香性和含氧添加剂共同决定了PAHs的排放特征，包括总产量和单个PAH异构体的分布[12]，[13]。低芳香性燃料产生的遗传毒性PAH混合物较少，而高芳香性燃料则产生不成比例地更多的致癌性高环异构体[14]。此外，含氧添加剂（如丙醇、丁醇、戊醇）可将PAH组成转向毒性较低的低环物质[15]，[16]，[17]，[18]，[19]，然而在复杂燃烧条件下，此类调节效应呈非线性模式：某些燃料混合物可能意外提高高毒性五环PAHs的比例并增强总体遗传毒性[20]，燃料混合物中的水杂质可进一步加剧PAHs介导的毒性损伤[21]。总体而言，PAHs的毒理特征高度依赖于来源，因此仅检测环境中PAHs总浓度无法准确反映人体组织中的实际遗传损伤负担。基于此原因，我们检测绒毛组织中的PAH-DNA加合物作为整合生物标志物，以客观反映PAHs暴露引起的内部遗传毒性负荷。

环境监测数据已证明，PAHs污染在日常居住环境中广泛存在且持续不断；即使清洁替代燃料得到推广，PAHs的持续排放依然存在[22]。这种持续性意味着孕妇作为高度易感人群，在现代城市和工业环境中暴露于慢性且基本无法避免的PAHs暴露中。大量流行病学证据已一致将孕妇PAHs暴露与不良妊娠结局联系起来[23]，[24]。近期的机制研究进一步表明，PAHs通过表观遗传调控琥珀酸脱氢酶复合体铁硫亚基B（SDHB）诱导早期妊娠丢失[25]，并在妊娠队列中促进全身性和胎盘炎症[26]。鉴于N6-甲基腺苷（m6A）甲基化在胚胎发育期间编排基因表达方面发挥关键作用，PAHs等环境毒素可能干扰调控m6A修饰的酶学机器。然而，将PAHs暴露与胚胎停育联系起来的精确分子级联通路，尤其是通过m6A调控酶的角度来看，仍 largely underexplored（很大程度上未被探索）。

胚胎发育依赖于表观遗传修饰和严格的基因表达调控[27]，[28]。甲基化修饰在细胞分化、胚胎模式形成和遗传信息的忠实传递中起着关键作用[29]。作为一种动态且可逆的表观转录组标记，m6A甲基化由甲基转移酶（METTL3、甲基转移酶样蛋白14 [METTL14]、Wilms肿瘤1结合蛋白 [WTAP]）和去甲基化酶（脂肪量与肥胖相关蛋白 [FTO]、ALKBH5）协同调节[30]，[31]，[32]，[33]，[34]，[35]，[36]。此外，m6A已作为配子生成和早期胚胎发育期间RNA代谢的关键调节因子崭露头角[37]，调控包括稳定性、剪接、核输出和翻译在内的多个方面，从而参与多种生理过程，如脂肪生成、神经发育、免疫稳态和生殖功能[38]，[39]。在这些核心调节因子中，METTL3是维持mRNA稳定性和翻译效率所必需的催化活性亚基[40]。近期研究已将异常升高的METTL3表达与子痫前期中的滋养层功能障碍联系起来[41]，而小鼠子宫内膜特异性条件敲除METTL3则导致胚胎着床受损和蜕膜化缺陷[42]。此外，ALKBH5表达失调可通过抑制血管内皮生长因子（VEGF）分泌损害胎盘血管新生，这种病理改变已被证实与妊娠并发症的发生密切相关[43]。综上所述，这些发现支持了m6A修饰因子——特别是METTL3和ALKBH5——失调可能参与胚胎停育发病机制的假说。据此，本病例对照研究旨在调查关键m6A甲基化酶与胚胎停育风险之间的关联。

单核苷酸多态性（SNPs）是最常见的遗传变异形式，其次要等位基因频率≥1%，通过影响基因转录、mRNA稳定性或蛋白质结构功能来调节疾病易感性。m6A调控基因的突变已被证实与多种人类疾病的易感性相关。例如，METTL3多态性rs1263791、rs2242526、rs4417466与男性自身免疫性甲状腺疾病的风险相关[44]；METTL3 rs1263801、rs1139130和rs1061027与儿童急性淋巴细胞白血病风险增加相关[45]；METTL3基因变异rs1061026可能增加膝骨关节炎（KOA）的风险，而rs1139130和rs1263802的变异可能对KOA产生保护作用[46]；ALKBH5 rs8400 AA基因型是肝母细胞瘤的潜在危险因素[47]。值得注意的是，早期胚胎发育和肿瘤转化在基因表达、代谢重编程和免疫逃逸方面共享保守的调控机制[48]。在本研究中，我们系统比较了m6A甲基化酶基因中功能性SNPs在胚胎停育病例与健康对照组之间的分布频率。利用基因-环境交互模型，我们进一步探索了PAHs暴露与这些遗传变异在胚胎停育风险上的潜在交互效应。

据我们所知，目前尚无先前的研究在胚胎停育的背景下系统调查PAHs暴露与m6A调控基因遗传变异之间的相互作用。因此，本研究旨在通过连接分子病因学——尤其是表观遗传调控——与临床实践来弥补关键的知识空白。我们寻求建立基于基因-环境交互的风险模型，以识别易受PAHs影响的高危女性亚群。这些发现有助于促进早期风险分层并指导针对性的环境干预措施以防止妊娠丢失。

**人群**

本病例对照研究在山西医科大学第一附属医院开展。2023年3月至2024年1月期间，我们前瞻性地招募了接受手术终止妊娠的孕妇。病例组包括151名经临床诊断为胚胎停育的女性，胚胎停育定义为妊娠早期超声检查未见胚胎心管搏动或胚胎发育停止。对照组包括151名已确认正常妊娠的女性。

**研究人群特征**

两组间基线特征比较显示，年龄、体重指数（BMI）、不良妊娠史和叶酸补充状态存在显著差异（所有P < 0.05）。研究人群详细特征总结于表1。

**PAH-DNA加合物、ALKBH5和METTL3蛋白水平比较**

胚胎停育组的PAH-DNA加合物水平显著高于对照组[533.70（476.32, 595.56）pg/ml vs. 444.76（390.37, 506.19）pg/ml, Z=-7.72, P<0.001]。同样，ALKBH5蛋白……

**讨论**

PAHs是普遍存在的环境污染物，通过多种途径进入人体并对生殖健康产生不良影响。与既往将PAHs暴露与早产和胎儿生长受限联系起来的研究一致[49]，[50]，[51]，我们的结果表明，与DNA共价结合形成的PAH-DNA加合物与胚胎停育风险增加显著相关。以妊娠第一 trimester绒毛PAH-DNA加合物作为暴露……

**结论**

我们的研究结果明确证实，胚胎停育并非仅仅是随机事件，而是显著受可量化的基因-环境交互作用驱动。具体而言，我们识别出一个协同三元组：高PAH-DNA加合物水平（>T2）联合ALKBH5 rs4925144 CC/CT基因型会大幅升高风险，而TT基因型则通过降低ALKBH5表达和稳定m6A修饰发挥保护作用。我们的研究超越了简单的关联性研究，通过……

**CRediT作者贡献声明**

李富兴：撰写-初稿，方法论，形式化分析，概念构思。吴心雨：撰写-审阅与编辑，撰写-初稿，方法论，形式化分析，概念构思。曹九如：调查研究，数据整理。王雨佳：调查研究，数据整理。李娜：验证，数据整理。姬静茹：调查研究，数据整理。王思涵：验证，数据整理。魏军妮：撰写-审阅与编辑，监督，资源提供，项目管理，方法论。

**资金来源**

本研究得到中国山西省自然科学基金[项目编号：202503021211148, 201901D111206]和中国山西省卫生健康委员会科研基金项目[项目编号：2020086]的资助。

**利益冲突声明**

? 作者声明不存在已知的竞争经济利益或个人关系，这些利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。

**致谢**

我们衷心感谢山西省自然科学基金和中国山西省卫生健康委员会科研基金项目的资金支持。我们真诚感谢所有参与者对本研究做出的宝贵贡献。我们也感谢参与本项目的全体研究人员的辛勤工作和支持。

吴心雨 | 李富兴 | 王雨佳 | 曹九如 | 李娜 | 王思涵 | 姬静茹 | 张嘉宇 | 魏军妮