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 警惕!研究表明:含卤阻燃剂恐引起先天缺陷

 发布时间:2020/6/23 13:44:46   信息来源:高分子科学前沿
相对于金属和陶瓷材料,高分子材料容易燃烧,因此会在加工过程中加入大量的阻燃剂来提高高分子材料的热安全性。目前工业生产中使用的很大部分阻燃剂仍然是毒性较大的卤素型阻燃剂,在日常中这些阻燃剂小分子会从高分子材料中释放到环境中,跟随大气、水或食物进入人体。现在大量的研究表明这些毒性阻燃剂会对人体的健康产生较大的危害,包括引发皮肤变色、头痛、头晕、关节疼痛,甚至癌症的多种疾病。近日,乔治亚大学公共卫生学院的一个研究团队对47年前的一阻燃剂泄露事故的影响者进行了取样和调查,发现一种含溴的阻燃剂会改变男性精子中的遗传密码,导致后代出现严重的健康缺陷问题。

【背景】
1973年,同时生产阻燃剂FireMaster[主要成分是多溴联苯-153(PBB153)]和营养补充剂NutriMaster的Velsicol公司错误地将数百磅FireMaster运到了密歇根附近的谷物加工厂,然后溴化阻燃剂FireMaster通过动物饲料进入了整个州的食物链。据估计,约有650万密歇根居民食用了含有多溴联苯(PBB153)的动物产品,导致了美国历史上最大的农业事故之一,因此这种阻燃剂被禁止使用。随后调查结果显示PBB153对不仅对当时直接接触的人健康有较大的危害,同时在其后代中也发现了很多共同的疾病,包括大量关于新生儿的疝气或阴囊结膜的报告,以及直接受害人的女儿怀孕后死胎或流产的几率更高。不过之前的研究主要集中在女性是否有组织和遗传物质病变,然后对下一代的影响,即主要研究母亲情况与后代子女病理之间的联系。但是作为孩子遗传物质一半的贡献者——父亲,却没有得到重视和系统调查研究。

PBB153结构式
【研究结果】
在时隔47年之后的今年,乔治亚大学公共卫生学院Charles A. Easley IV教授领导的一个研究团队采用将流行病学、表观遗传学与人类精子干细胞体外模型相结合的方法,对经历过1973年PBB153泄露事故、目前还在世的男性遗传物质进行了系统研究和分析,以此来探究PBB153是如何来改变男性精子中的遗传物质来影响下一代的。该研究结果显示,PBB153会导致精子中的DNA——关键印迹基因ICRs的甲基化下降,从而改变了基因的开启和关闭方式;低剂量PBB153对基因的改变程度更大。比如PBB153开启了精子中本应该被关闭的基因,从而导致了后代出现大量内分泌相关健康问题,进而导致了严重的如胚胎器官、肢体、肌肉和神经系统发育相关疾病的发生。这一研究以题为“Detrimental effects of flame retardant, PBB153, exposure on sperm and future generations”的论文发表在《Scientific Reports》上。

【研究内容】

图1. PBB153血清水平与精子中父系沉默基因ICR的甲基化降低有关
在研究中,作者发现PBB153的循环水平与男性精子中印迹基因ICRs的甲基化下降有关。利用开发的体外人工精子模型,作者发现在10天的时间内,PBB153会与新甲基转移酶特异性结合来降低DNMT酶的催化活性。这种现象有可能给后代带来疾病。例如,精子中DNA甲基化的减少可能导致印迹基因的过度表达(这些印迹基因应该被沉默),并转化为后代中不恰当的亲本基因印迹。这种低甲基化可能会导致基因印迹疾病,如银拉塞尔综合征。同时,印迹基因对胎儿生长至关重要,在发育的其他方面也发挥着重要作用。

图2.PBB153在精子形成过程中降低DNA甲基转移酶活性,并与DNMT3A的活性位点结合

图3. 在体外精子形成模型中,PBB153暴露降低了父系沉默基因ICR的甲基化
关键印记基因的修改遗传可以解释两代PBB153患者经历的症状不匹配这一现象。此外,该研究结果表明,PBB153的剂量在生精细胞基因表达的改变中起关键作用。根据实验结果数据显示,与最高剂量(5uM)相比,低剂量(500nM~1 uM)的基因表达发生了更显著的变化。剂量和效应之间这种具体但复杂的关系可能解释了在人类流行病学研究中很难找到一致的结果以及在PBB队列中报告的各种不同健康结果。
【总结】
流行病学、表观遗传学和体外模型之间的相互作用是改善人类健康和相关风险研究的重要因素。研究者将这三个因素相结合,对PBB153对男性遗传物质的改变以及对下一代健康问题的影响进行了系统的研究,解释了PBB153直接受害者与下一代间接受害者之间病变的差异性问题。同时,这项研究给我们更多的思考是在未来如何避免高毒性化学物质对我们人类健康造成危害和影响。回到阻燃剂这个话题,由于传统卤素阻燃剂暴露出来了一系列的问题,目前该研究领域的一个重点是开发新一代健康和环保型阻燃剂,或者开发、推广或改性本征自阻燃型高分子材料。同时,有关部门对于相关企业也要加强审查力度,防止不规范的阻燃剂和高分子材料流向市场。