燃煤污染型砷中毒患者GST基因多态性与GST酶活力的关系.doc

燃煤污染型砷中毒患者GST基因多态性与GST酶活力的关系 作者梁冰，张爱华，奚绪光，黄晓欣，董学新 【摘要】 目的 探讨燃煤污染型砷中毒患者谷胱甘肽硫转移酶（GST）基因多态性与GST酶活力的关系，为深入了解砷中毒的致病机制提供实验依据。方法 选择130例燃煤污染型砷中毒患者和140例健康人作为研究对象，采用多重等位基因特异聚合酶链反应（多重PCR）检测GSTM1、GSTT1基因缺失；采用聚合酶链反应－限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）法检测GSTP1 Ile105Val、GSTO1 Ala140Asp、GSTO2 Asn142Asp基因多态性；采用化学比色法检测谷胱甘肽硫转移酶（GST）活力，并分析上述基因多态性与GST酶活力的关系。 结果 GSTT1基因缺失基因型、非缺失基因型以及GSTO2 Asn142Asp基因Asn/Asn、Asn/Asp、Asp/Asp基因型，在砷中毒组和对照组的分布差异有统计学意义（P0.05）；砷中毒患者GST酶活力增高,与对照组相比差异有统计学意义（P0.05）；砷中毒组和对照组GSTO1 Ala140Asp基因不同基因型间的GST酶活力有差异（砷中毒组P＞0.05,对照组P0.05）；未发现GSTM1、GSTT1、GSTP1 Ile105Val、GSTO2 Asn142Asp多态性与GST酶活力有关。 结论 GSTO1 Ala140Asp基因多态性可能影响燃煤污染型砷中毒患者的GST酶活力，其原因尚需进一步研究。 【关键词】 砷中毒； GST基因多态性； 谷胱甘肽转移酶 ［Abstract］Objective To explore the relationship between glutathione S-transferase GSTgenetic polymorphisms and GST activity in coal-buring caused arsenism and provide a scientific basis for a more in-depth explanation to arsenism mechanism. s One hundred ant thirty arsenism patients and 140 healthy people were chosen as subjects of the study. Multiple polymerase chain reaction multiplex PCR was used to detect deletion of GSTM1, and GSTT1. Polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism PCR-RFLP technique was used to detect polymorphisms of GSTP1, Ile105Val, GSTO1 Ala140Asp, and GSTO2 Asn142Asp. Chemistry chromatometry was used to detect GST activity. The relationship between the genetic polymorphisms and GST activity was analyzed. Results The frequencies of GSTT1-/- , GSTT1/or/- and genotypes Asn/Asn, Asn/Asp and Asp/Asp of gene GSTO2 Asn142Asp were significantly different between arsenism group and control group（P0.05）. GST activity of arsenism patients increased when compared with that of controls. The difference was statistically significant（P0.05）. GST activity of different genotypes of GSTO1 Ala140Asp was different between arsenism group and control group. Conclusion Gene polymorphism of GSTO1 Ala140Asp may relate to GST activity of arsenism patients caused by coral-burning. Further research on function and transcription regulation of the gene is needed. ［Key words］arsenic poisoning; glutathione S-transferase genetic polymorphisms; glutathione S-transferase 体内生化代谢途径都由特定的酶所催化，酶表达受多种因素的影响，其中包括基因多态性。谷胱甘肽硫转移酶（GST）是生物体内的Ⅱ相代谢酶，研究发现该酶参与了砷的甲基化代谢[1]。GST家族成员中的某些基因存在多态性，并与多种疾病的易感性有关。为从基因多态方面深入了解燃煤污染型砷中毒发生的分子机制，2006年对130例燃煤污染型砷中毒患者GST基因的多态性和GST酶的活力进行检测，并对GST家族不同基因的基因型与GST酶活力的关系进行了初步探讨。 1 对象与方法 1.1 对象 依据地方性砷中毒诊断标准WS/T211-2001复查确诊的130例燃煤污染型砷中毒患者为病例组，同时在距病区约13 km的某村选择有相似生活习惯、无燃用高砷煤史、经健康体检合格的140例居民为对照组，两组人群均为汉族。在知情同意的情况下，取静脉血2 ml，用于DNA的提取及酶活力的检测。 1.2 研究方法 多重等位基因特异聚合酶链反应（多重PCR）法检测GSTM1、GSTT1基因缺失。聚合酶链反应－限制性片段长度多态性（PCR-RFLP）法检测GSTP1 Ile105Val、GSTO1 Ala140Asp、GSTO2 Asn142Asp基因多态性。化学比色法检测谷胱甘肽硫转移酶（GST）活力。 1.3 统计分析 χ2 检验比较各组基因型频率，单因素方差分析比较组间酶活力差异；协方差分析校正年龄、性别后，比较不同基因型与酶活力的差异。所有统计检验均为双侧概率检验，α＝0.05为检验标准，所用统计软件为SPSS 11.5。 2 结果 2.1 GST基因基因型的分布频率 病例组和对照组的GSTT1（-/-）基因型和GSTT1（＋/＋）or（＋/-）基因型频率分别为58.46％、41.54％和45％、55％，两组间差异有统计学意义（P0.027）；病例组和对照组GSTO2 Asn142Asp基因 Asn/Asn、Asn/Asp和Asp/Asp基因型分布频率分别为38.46％、52.31％、9.23％和55.72％、35.71％、8.57％，两组间差异有统计学意义（P0.014），见表1。表1 病例组与对照组GST基因基因型分布频率比较（略） 2.2 GST酶活力 与对照组比较，砷中毒患者体内GST活力增高，差异有统计学意义（P 0.05），见表2。表2 GST酶活力检测结果（略）注与对照组比较，1P 0.05。 2.3 GST基因不同基因型与GST酶活力的关系 经协方差分析校正年龄、性别后，病例组和对照组GSTO1 Ala140Asp基因不同基因型间的GST酶活力有差异（病例组P＞0.05,对照组P0.05）；未发现其余基因的基因型对GST酶的活力有影响，见表3。表3 GST基因不同基因型与GST酶活力的关系（略）注1两种不同基因型比较。 3 讨论 流行病学资料表明，砷的代谢存在个体差异，代谢酶的基因多态性可能是造成这种差异的主要原因[4,5]。GST由于参与砷的代谢，其与砷中毒发生的关系逐渐被研究者所关注，尤其是与砷中毒易感性的关系。目前，关于GST基因多态性与砷中毒的报道结果不尽相同[68]，本研究通过检测GST基因多态性发现，病例组和对照组GSTT1和GSTO2 Asn142Asp基因基因型频率的分布有差异，这一现象提示GST的基因多态性与燃煤污染型砷中毒的易感性之间可能存在某种联系。GST家族成员中某些基因的多态位点常位于氨基酸编码区，可导致氨基酸的改变，并可能影响蛋白质的合成，从而影响酶活力，这种影响已被许多体外酶学分析实验所证实[9,10]，而以基因缺失为特点的多态性常可导致功能酶活性的丧失。在基因多态性研究基础上，检测了砷中毒患者的GST酶活力，结果发现与正常对照组相比，砷中毒患者GST酶的活力增高；在进一步分析GST不同基因型与GST酶活力的关系时发现，病例组和对照组GSTO1 Ala140Asp基因不同基因型间的GST酶活力有差异，这一结果提示病例组和对照组GSTO1 Ala140Asp 基因Ala/Ala 和Ala/Asp＋Asp/Asp基因型对GST酶活力的影响有所不同，GSTO1 Ala140Asp基因多态性可能影响了GST酶的活性。GSTO1基因主要的功能之一是在无机砷转化为多种甲基化代谢产物中起限速酶作用，GSTO1 Ala140Asp基因型与GST酶活力的关联，可能与砷在体内的甲基化代谢有关。GST是一个超基因的大家族，由不同的亚家族组成。由于编码相应酶的基因不相同，此次检测的仅是整个家族酶系的一个总酶活力，并且也未观察到基因型分布频率有差别的GSTT1和GSTO2 Asn142Asp基因的基因型对GST酶活力有影响，其原因还有待进一步深入研究，考虑可能也与本次研究的样本量偏少有关。 另外，除了受编码某种酶的DNA的多态性影响外，酶活力尚受多方面的调控，可能影响其随后的转录和翻译过程，如酶生物合成的诱导和阻遏、酶的化学修饰、抑制物的调节作用、代谢物对酶的反馈调节以及神经体液因素的调节等。虽然GSTO1 Ala140Asp多态性与GST活性有关的原因尚不清楚，但因其在砷代谢过程中的重要性，有必要进一步从功能、转录调控等方面深入研究。 【参考文献】 [1]Zakharyan R A , Adriana S R , Sheila M H , et al. Human monomethylarsonic acidMMAV reductase is a member of the glutathione-S-transferase superfamily[J] . Chem Res Toxicol,200114101 -1057. 潘尚霞，杨淋清.谷胱甘肽硫转移酶人群基因多态性及相关疾病[J]. 中国预防医学杂志,2006（4）365-368. Chung JS, Kalman DA, Moore LE, et al. Family correlations of arsenic methylation patterns in children and parents exposed to high concentrations of arsenic in drinking water[J]. Environ Health Perspect，20027729-733. Vahter M. Genetic polymorphism in the biotransation of inorganic arsenic and its role in toxicity[J]. Toxicol Lett，2000（112）209-217. Loffredo CA, Aposhian HV, Cebrian ME, et al. Variability in human metabolism of arsenic[J]. Environ Res, 2003285-91. McCarty KM, Ryan L, Houseman EA, et al. A case-control study of GST polymorphisms and arsenic related skin lesions[J]. Environ Health, 200765. Chiou HY, Hsueh YM, Hsieh LL, et al. Arsenic methylation capacity body retention and null genotypes of glutathione S-transferase M1 and T1 among current arsenic exposed residents in Taiwan[J]. Mutat Res,19973197-207. Ghosh P, Basu A, Mahata J, et al. Cytogenetic damage and genetic variants in the individuals susceptible to arsenic-induced cancer through drinking water[J]. Int J Cancer，2006102470-2478. Henderson CJ, Mclaren AW, Moffat GJ, et al. Pi-class glutathione S-transferase regulation and function[J]. Chem Biol Interact, 1998（111）69-82. [10]Schmuck EM ,Board PG,Whitbread AK,et al. Characterization of the monomethylarsonate reductase and dehydroascorbate reductase activities of Omega class glutathione transferase variantsimplications for arsenic metabolism and the age-at-onset of Alzheimer’s and Parkinson’s diseases [J].Pharmacogenet Genomics ,20057493-501.