DNA(羥)甲基化揭示新型污染物誘導(dǎo)的表觀遺傳變化與癌癥發(fā)生相關(guān)
近日，浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院趙欣然博士為第一作者、王瑋研究員為通訊作者，在環(huán)境領(lǐng)域Top期刊《Environmental Pollution》上發(fā)表題為“Genome-wide alterations of DNA methylation and hydroxymethylation in uroepithelial cells revealed potential carcinogenicity of halobenzoquinone disinfection byproducts”的研究成果，探討了鹵代苯醌類新型消毒副產(chǎn)物（Halobenzoquinones, HBQs）對(duì)人膀胱上皮細(xì)胞的潛在致癌性機(jī)制。研究通過結(jié)合簡化基因組甲基化測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing，RRBS）和羥甲基化測序（Oxidative Reduced Representation Bisulfite Sequencing，oxRRBS）以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）聯(lián)合分析，系統(tǒng)揭示了HBQs通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式來影響基因表達(dá)，進(jìn)而引發(fā)膀胱癌的可能性。該研究不僅為理解HBQs的致癌機(jī)制提供了新的視角，還強(qiáng)調(diào)了環(huán)境因素對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的潛在影響。
標(biāo)題：Genome-wide alterations of DNA methylation and hydroxymethylation in uroepithelial cells revealed potential carcinogenicity of halobenzoquinone disinfection byproducts（DNA甲基化和羥甲基化的全基因組變化揭示了鹵代苯醌類消毒副產(chǎn)物對(duì)人膀胱上皮細(xì)胞的潛在致癌性）
發(fā)表時(shí)間：2025年8月16日
發(fā)表期刊：Environmental Pollution
影響因子：IF7.3/Q2
技術(shù)平臺(tái)：RRBS、oxRRBS、RNA-seq
作者單位：浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院
DOI:10.1016/j.envpol.2025.127001
鹵代苯醌（HBQs）是一類廣泛存在于飲用水中的新興消毒副產(chǎn)物（Disinfection Byproducts，DBPs），具有促進(jìn)5-甲基胞嘧啶（5mC）向5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）轉(zhuǎn)化的特有功能，被預(yù)測為潛在的膀胱致癌物。本研究揭示了人膀胱上皮細(xì)胞系SV-HUC-1中胞嘧啶修飾的總體水平，并分析了HBQs誘導(dǎo)的全基因組5mC和5hmC變化。結(jié)果顯示，暴露于HBQs后，5hmC總體水平顯著增加，且導(dǎo)致更多的低甲基化位點(diǎn)（39,365個(gè)）和高羥甲基化位點(diǎn)（26,053個(gè)），其中有7,441個(gè)重疊位點(diǎn)，表明5mC有向5hmC轉(zhuǎn)化的趨勢。與低甲基化差異區(qū)域（hypo-DMRs）和高羥甲基化差異區(qū)域（hyper-DhMRs）相關(guān)的基因在Hippo信號(hào)通路、PI3K-AKT信號(hào)通路和Wnt信號(hào)通路等癌癥相關(guān)通路中富集，其中三個(gè)與膀胱癌相關(guān)基因（CASC8、TTTY14、METRNL）存在顯著差異表達(dá)�？傊�，本研究揭示了HBQs誘導(dǎo)的表觀遺傳變化及其與膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)的潛在關(guān)聯(lián)。
易小結(jié)
本研究首次通過多組學(xué)技術(shù)揭示HBQs通過調(diào)控5mC向5hmC的轉(zhuǎn)化，影響基因表達(dá)平衡，為理解其致癌機(jī)制提供了表觀遺傳學(xué)證據(jù)，也為環(huán)境因素與癌癥發(fā)生之間的關(guān)聯(lián)提供了新的分子證據(jù)，拓展了對(duì)消毒副產(chǎn)物健康風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知，這對(duì)飲用水安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和DBPs監(jiān)管政策制定具有重要啟示。
易基因王牌組學(xué)產(chǎn)品——RRBS、oxRRBS和RNA-seq等表觀基因組學(xué)測序技術(shù)展現(xiàn)了其在環(huán)境毒理學(xué)研究中的強(qiáng)大應(yīng)用潛力，為未來深入解析環(huán)境污染物的表觀遺傳效應(yīng)、挖掘新的生物標(biāo)志物和致癌機(jī)制提供了重要的技術(shù)支撐和研究思路，有助于推動(dòng)環(huán)境健康領(lǐng)域的科學(xué)研究邁向更微觀、更精準(zhǔn)的新階段。
研究方法
細(xì)胞培養(yǎng)與處理：使用人膀胱上皮細(xì)胞系SV-HUC-1，將其暴露于不同濃度的HBQs（2,6-DCBQ、2,6-DBBQ和2,6-DIBQ）中72小時(shí)。此外，還對(duì)細(xì)胞進(jìn)行了不同時(shí)間點(diǎn)的處理，以評(píng)估時(shí)間依賴性效應(yīng)。提取DNA和RNA。
細(xì)胞活力檢測：通過CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)估細(xì)胞活力，確定了不同HBQs的半抑制濃度（IC50）。
UPLC-MS/MS分析：利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)檢測DNA中的胞嘧啶及其修飾形式（5mC、5hmC等）。
RRBS和oxRRBS文庫構(gòu)建與測序分析：通過RRBS和oxRRBS技術(shù)分別檢測全基因組范圍內(nèi)的5mC和5hmC水平，鑒定差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異羥甲基化位點(diǎn)（DhMCs），以及差異甲基化區(qū)域（DMRs/DhMRs）。
RNA-seq文庫構(gòu)建與測序：分析基因表達(dá)變化，鑒定差異表達(dá)基因（DEGs）以及功能富集分析。
結(jié)果圖形
（1）HBQs暴露后細(xì)胞5hmC水平升高
研究首先通過CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)估了HBQs對(duì)細(xì)胞的毒性，確定了不同HBQs的半抑制濃度（IC50）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，2,6-DCBQ、2,6-DBBQ和2,6-DIBQ的72小時(shí)IC50值分別為285.8±18.4μM、208.1±6.8μM和259.9±7.8μM�；谶@些結(jié)果，研究選擇1μM、10μM和50μM作為處理濃度，這些濃度下細(xì)胞活力均保持在90%以上。接下來，研究利用UPLC-MS/MS技術(shù)檢測SV-HUC-1細(xì)胞系在HBQs處理后的DNA胞嘧啶及其修飾形式。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HBQs處理組的5hmC水平顯著增加，而5mC水平則未顯著變化。其中，50μM的2,6-DCBQ處理組5hmC水平最高，約為對(duì)照組的2.5倍。這一結(jié)果表明，HBQs能夠顯著提高細(xì)胞的5hmC水平，且這種增加與HBQs的劑量呈正相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)為后續(xù)研究HBQs對(duì)DNA甲基化和羥甲基化模式的影響奠定了基礎(chǔ)。
圖1：UPLC-MS/MS檢測經(jīng)2,6-DCBQ、2,6-DBBQ和2,6-DIBQ處理的SV-HUC-1細(xì)胞系中5mC（a）和5hmC（b）水平。
（2）HBQ暴露后5mC和5hmC圖譜變化
為進(jìn)一步理解HBQs對(duì)DNA甲基化和羥甲基化模式的影響，研究采用RRBS和oxRRBS技術(shù)對(duì)SV-HUC-1細(xì)胞系進(jìn)行測序分析，實(shí)現(xiàn)在單堿基分辨率下全基因組范圍的5mC和5hmC圖譜繪制。分析結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HBQs處理組的DNA甲基化率在CG、CHG和CHH三種序列環(huán)境中均降低，而DNA羥甲基化率則增加。此外研究還發(fā)現(xiàn)，HBQs處理組中存在顯著差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異羥甲基化位點(diǎn)（DhMCs）。具體而言，共檢測到63,065個(gè)DMCs，其中包括23,700個(gè)高甲基化位點(diǎn)和39,365個(gè)低甲基化位點(diǎn)；同時(shí)檢測到49,922個(gè)DhMCs，其中包括26,053個(gè)高羥甲基化位點(diǎn)和23,869個(gè)低羥甲基化位點(diǎn)。其中7,441個(gè)低甲基化DMCs與高羥甲基化DhMCs重疊，表明HBQs能夠促進(jìn)5mC向5hmC轉(zhuǎn)化。這些結(jié)果表明，HBQs能夠顯著改變?nèi)蚪M范圍內(nèi)5mC和5hmC分布，進(jìn)而可能影響基因表達(dá)。
圖2：2,6-DCBQ處理組與對(duì)照組的DNA甲基化和羥甲基化圖譜。
（a）RRBS分析CG、CHG和CHH序列中的平均甲基化率。
（b）oxRRBS分析CG、CHG和CHH序列中的平均羥甲基化率。
（c）低甲基化位點(diǎn)（hypo-DMCs）和高羥甲基化位點(diǎn)（hyper-DhMCs）維恩圖。
（d）甲基化密度Circos圖。
（e）羥甲基化密度Circos圖。從外到內(nèi)依次表示：基因數(shù)量密度、處理組的甲基化和羥甲基化密度、兩組之間的甲基化和羥甲基化差異、處理組的甲基化和羥甲基化密度。
（3）DMRs、DhMRs及其相關(guān)基因的鑒定
在鑒定出DMCs和DhMCs基礎(chǔ)上，研究進(jìn)一步分析差異甲基化區(qū)域（DMRs）和差異羥甲基化區(qū)域（DhMRs）。研究共鑒定出7,314個(gè)DMRs和5,983個(gè)DhMRs，這些DMRs和DhMRs主要分布在基因間區(qū)和內(nèi)含子區(qū)，低甲基化DMRs和高羥甲基化DhMRs關(guān)聯(lián)基因富集在癌癥相關(guān)通路（如Hippo信號(hào)通路、PI3K-Akt通路和Wnt通路），GO分析表明這些基因參與軸突發(fā)育、細(xì)胞粘附等生物學(xué)過程。KEGG富集進(jìn)一步驗(yàn)證PI3K-Akt和Wnt通路在膀胱癌中的關(guān)鍵作用。這些結(jié)果表明，HBQs通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式，揭示了HBQs對(duì)關(guān)鍵癌癥通路的表觀遺傳調(diào)控。
（b）與高羥甲基化DhMRs相關(guān)基因的GO分析。
（c）與低甲基化DMRs相關(guān)基因的KEGG通路分析。
（d）與高羥甲基化DhMRs相關(guān)基因的KEGG通路分析。
（4）HBQ暴露后轉(zhuǎn)錄組譜變化
為評(píng)估HBQs對(duì)基因表達(dá)的影響，研究利用RNA-seq技術(shù)分析了HBQs處理后SV-HUC-1細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組變化。主成分分析（PCA）結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)重復(fù)一致性良好，而處理組與對(duì)照組存在顯著差異。轉(zhuǎn)錄組分析共鑒定出2,044個(gè)差異表達(dá)基因（DEGs），其中上調(diào)基因1,044個(gè)，下調(diào)基因1,000個(gè)。通過GO富集分析發(fā)現(xiàn)這些DEGs主要與IκB激酶（IKK）信號(hào)通路、外源物質(zhì)刺激響應(yīng)和氧水平響應(yīng)等生物學(xué)過程相關(guān)。KEGG富集分析結(jié)果表明，DEGs顯著富集在Ras信號(hào)通路及其下游通路（如PI3K-Akt和MAPK信號(hào)通路），這些通路異常激活與細(xì)胞增殖和癌癥發(fā)生密切相關(guān)。這些結(jié)果表明，HBQs暴露能夠顯著改變細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組譜，進(jìn)而可能影響細(xì)胞的正常生理功能和增殖行為。
(b)兩組間差異表達(dá)基因(DEGs)的火山圖豐度。
(c)兩組間DEGs的生物過程GO分析。
(d)兩組間DEGs的最富集KEGG通路。
（5）與DMRs/DhMRs相關(guān)且表達(dá)差異的基因鑒定
研究進(jìn)一步探討了DMRs和DhMRs與基因表達(dá)之間的關(guān)系。整合表觀遺傳與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)54個(gè)啟動(dòng)子區(qū)低甲基化DMRs基因和187個(gè)基因體區(qū)低甲基化DMRs基因表達(dá)差異；30個(gè)啟動(dòng)子區(qū)高羥甲基化DhMRs基因和133個(gè)基因體區(qū)高羥甲基化DhMRs基因表達(dá)差異。其中與膀胱癌相關(guān)的基因（如CASC8、TTTY14、METRNL）呈現(xiàn)低甲基化或高羥甲基化修飾，且表達(dá)顯著改變。此外，Ras通路相關(guān)基因（PIK3R3、PAK6等）也受影響。這些結(jié)果表明，HBQs暴露能夠通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式來調(diào)控與癌癥相關(guān)的基因表達(dá)，進(jìn)而可能增加膀胱癌的風(fēng)險(xiǎn)。
結(jié)論和啟示
本研究通過結(jié)合RRBS、oxRRBS和RNA-seq技術(shù)，揭示了鹵代苯醌類消毒副產(chǎn)物（HBQs）對(duì)人膀胱上皮細(xì)胞的潛在致癌性。研究發(fā)現(xiàn)，HBQs能夠顯著提高細(xì)胞5hmC水平，并改變?nèi)蚪M范圍內(nèi)的5mC和5hmC分布。此外，與DMRs和DhMRs相關(guān)的基因在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，且這些基因的表達(dá)水平在HBQs處理后發(fā)生了顯著變化。上述這些結(jié)果表明，HBQs可能通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式來調(diào)控基因表達(dá)，進(jìn)而增加膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)。總之，本研究為理解HBQs的致癌機(jī)制提供了重要線索，并強(qiáng)調(diào)在飲用水處理過程中關(guān)注這類新興消毒副產(chǎn)物的重要性。未來的研究需要在更接近實(shí)際環(huán)境濃度的條件下進(jìn)行長期暴露實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
Zhao X, Du M, Guo P, Zhao J, Zhu L, Wang W. Genome-wide alterations of DNA methylation and hydroxymethylation in uroepithelial cells revealed potential carcinogenicity of halobenzoquinone disinfection byproducts. Environ Pollut. 2025 Aug 16:127001.doi: 10.1016/j.envpol.2025.127001.
標(biāo)題：Genome-wide alterations of DNA methylation and hydroxymethylation in uroepithelial cells revealed potential carcinogenicity of halobenzoquinone disinfection byproducts（DNA甲基化和羥甲基化的全基因組變化揭示了鹵代苯醌類消毒副產(chǎn)物對(duì)人膀胱上皮細(xì)胞的潛在致癌性）
發(fā)表時(shí)間：2025年8月16日
發(fā)表期刊：Environmental Pollution
影響因子：IF7.3/Q2
技術(shù)平臺(tái)：RRBS、oxRRBS、RNA-seq
作者單位：浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院
DOI:10.1016/j.envpol.2025.127001
鹵代苯醌（HBQs）是一類廣泛存在于飲用水中的新興消毒副產(chǎn)物（Disinfection Byproducts，DBPs），具有促進(jìn)5-甲基胞嘧啶（5mC）向5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）轉(zhuǎn)化的特有功能，被預(yù)測為潛在的膀胱致癌物。本研究揭示了人膀胱上皮細(xì)胞系SV-HUC-1中胞嘧啶修飾的總體水平，并分析了HBQs誘導(dǎo)的全基因組5mC和5hmC變化。結(jié)果顯示，暴露于HBQs后，5hmC總體水平顯著增加，且導(dǎo)致更多的低甲基化位點(diǎn)（39,365個(gè)）和高羥甲基化位點(diǎn)（26,053個(gè)），其中有7,441個(gè)重疊位點(diǎn)，表明5mC有向5hmC轉(zhuǎn)化的趨勢。與低甲基化差異區(qū)域（hypo-DMRs）和高羥甲基化差異區(qū)域（hyper-DhMRs）相關(guān)的基因在Hippo信號(hào)通路、PI3K-AKT信號(hào)通路和Wnt信號(hào)通路等癌癥相關(guān)通路中富集，其中三個(gè)與膀胱癌相關(guān)基因（CASC8、TTTY14、METRNL）存在顯著差異表達(dá)�？傊�，本研究揭示了HBQs誘導(dǎo)的表觀遺傳變化及其與膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)的潛在關(guān)聯(lián)。
圖形摘要
易小結(jié)
本研究首次通過多組學(xué)技術(shù)揭示HBQs通過調(diào)控5mC向5hmC的轉(zhuǎn)化，影響基因表達(dá)平衡，為理解其致癌機(jī)制提供了表觀遺傳學(xué)證據(jù)，也為環(huán)境因素與癌癥發(fā)生之間的關(guān)聯(lián)提供了新的分子證據(jù)，拓展了對(duì)消毒副產(chǎn)物健康風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知，這對(duì)飲用水安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和DBPs監(jiān)管政策制定具有重要啟示。
易基因王牌組學(xué)產(chǎn)品——RRBS、oxRRBS和RNA-seq等表觀基因組學(xué)測序技術(shù)展現(xiàn)了其在環(huán)境毒理學(xué)研究中的強(qiáng)大應(yīng)用潛力，為未來深入解析環(huán)境污染物的表觀遺傳效應(yīng)、挖掘新的生物標(biāo)志物和致癌機(jī)制提供了重要的技術(shù)支撐和研究思路，有助于推動(dòng)環(huán)境健康領(lǐng)域的科學(xué)研究邁向更微觀、更精準(zhǔn)的新階段。
研究方法
細(xì)胞培養(yǎng)與處理：使用人膀胱上皮細(xì)胞系SV-HUC-1，將其暴露于不同濃度的HBQs（2,6-DCBQ、2,6-DBBQ和2,6-DIBQ）中72小時(shí)。此外，還對(duì)細(xì)胞進(jìn)行了不同時(shí)間點(diǎn)的處理，以評(píng)估時(shí)間依賴性效應(yīng)。提取DNA和RNA。
細(xì)胞活力檢測：通過CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)估細(xì)胞活力，確定了不同HBQs的半抑制濃度（IC50）。
UPLC-MS/MS分析：利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)檢測DNA中的胞嘧啶及其修飾形式（5mC、5hmC等）。
RRBS和oxRRBS文庫構(gòu)建與測序分析：通過RRBS和oxRRBS技術(shù)分別檢測全基因組范圍內(nèi)的5mC和5hmC水平，鑒定差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異羥甲基化位點(diǎn)（DhMCs），以及差異甲基化區(qū)域（DMRs/DhMRs）。
RNA-seq文庫構(gòu)建與測序：分析基因表達(dá)變化，鑒定差異表達(dá)基因（DEGs）以及功能富集分析。
結(jié)果圖形
（1）HBQs暴露后細(xì)胞5hmC水平升高
研究首先通過CCK-8實(shí)驗(yàn)評(píng)估了HBQs對(duì)細(xì)胞的毒性，確定了不同HBQs的半抑制濃度（IC50）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，2,6-DCBQ、2,6-DBBQ和2,6-DIBQ的72小時(shí)IC50值分別為285.8±18.4μM、208.1±6.8μM和259.9±7.8μM�；谶@些結(jié)果，研究選擇1μM、10μM和50μM作為處理濃度，這些濃度下細(xì)胞活力均保持在90%以上。接下來，研究利用UPLC-MS/MS技術(shù)檢測SV-HUC-1細(xì)胞系在HBQs處理后的DNA胞嘧啶及其修飾形式。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HBQs處理組的5hmC水平顯著增加，而5mC水平則未顯著變化。其中，50μM的2,6-DCBQ處理組5hmC水平最高，約為對(duì)照組的2.5倍。這一結(jié)果表明，HBQs能夠顯著提高細(xì)胞的5hmC水平，且這種增加與HBQs的劑量呈正相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)為后續(xù)研究HBQs對(duì)DNA甲基化和羥甲基化模式的影響奠定了基礎(chǔ)。
（2）HBQ暴露后5mC和5hmC圖譜變化
為進(jìn)一步理解HBQs對(duì)DNA甲基化和羥甲基化模式的影響，研究采用RRBS和oxRRBS技術(shù)對(duì)SV-HUC-1細(xì)胞系進(jìn)行測序分析，實(shí)現(xiàn)在單堿基分辨率下全基因組范圍的5mC和5hmC圖譜繪制。分析結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，HBQs處理組的DNA甲基化率在CG、CHG和CHH三種序列環(huán)境中均降低，而DNA羥甲基化率則增加。此外研究還發(fā)現(xiàn)，HBQs處理組中存在顯著差異甲基化位點(diǎn)（DMCs）和差異羥甲基化位點(diǎn)（DhMCs）。具體而言，共檢測到63,065個(gè)DMCs，其中包括23,700個(gè)高甲基化位點(diǎn)和39,365個(gè)低甲基化位點(diǎn)；同時(shí)檢測到49,922個(gè)DhMCs，其中包括26,053個(gè)高羥甲基化位點(diǎn)和23,869個(gè)低羥甲基化位點(diǎn)。其中7,441個(gè)低甲基化DMCs與高羥甲基化DhMCs重疊，表明HBQs能夠促進(jìn)5mC向5hmC轉(zhuǎn)化。這些結(jié)果表明，HBQs能夠顯著改變?nèi)蚪M范圍內(nèi)5mC和5hmC分布，進(jìn)而可能影響基因表達(dá)。
圖2：2,6-DCBQ處理組與對(duì)照組的DNA甲基化和羥甲基化圖譜。
（b）oxRRBS分析CG、CHG和CHH序列中的平均羥甲基化率。
（c）低甲基化位點(diǎn)（hypo-DMCs）和高羥甲基化位點(diǎn)（hyper-DhMCs）維恩圖。
（d）甲基化密度Circos圖。
（e）羥甲基化密度Circos圖。從外到內(nèi)依次表示：基因數(shù)量密度、處理組的甲基化和羥甲基化密度、兩組之間的甲基化和羥甲基化差異、處理組的甲基化和羥甲基化密度。
（3）DMRs、DhMRs及其相關(guān)基因的鑒定
在鑒定出DMCs和DhMCs基礎(chǔ)上，研究進(jìn)一步分析差異甲基化區(qū)域（DMRs）和差異羥甲基化區(qū)域（DhMRs）。研究共鑒定出7,314個(gè)DMRs和5,983個(gè)DhMRs，這些DMRs和DhMRs主要分布在基因間區(qū)和內(nèi)含子區(qū)，低甲基化DMRs和高羥甲基化DhMRs關(guān)聯(lián)基因富集在癌癥相關(guān)通路（如Hippo信號(hào)通路、PI3K-Akt通路和Wnt通路），GO分析表明這些基因參與軸突發(fā)育、細(xì)胞粘附等生物學(xué)過程。KEGG富集進(jìn)一步驗(yàn)證PI3K-Akt和Wnt通路在膀胱癌中的關(guān)鍵作用。這些結(jié)果表明，HBQs通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式，揭示了HBQs對(duì)關(guān)鍵癌癥通路的表觀遺傳調(diào)控。
圖3：DMRs（a）和DhMRs（b）的基因組注釋。
圖4：DMRs和DhMRs相關(guān)基因的GO和KEGG通路分析。
（a）與低甲基化DMRs相關(guān)基因的GO分析。（b）與高羥甲基化DhMRs相關(guān)基因的GO分析。
（c）與低甲基化DMRs相關(guān)基因的KEGG通路分析。
（d）與高羥甲基化DhMRs相關(guān)基因的KEGG通路分析。
（4）HBQ暴露后轉(zhuǎn)錄組譜變化
為評(píng)估HBQs對(duì)基因表達(dá)的影響，研究利用RNA-seq技術(shù)分析了HBQs處理后SV-HUC-1細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組變化。主成分分析（PCA）結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)重復(fù)一致性良好，而處理組與對(duì)照組存在顯著差異。轉(zhuǎn)錄組分析共鑒定出2,044個(gè)差異表達(dá)基因（DEGs），其中上調(diào)基因1,044個(gè)，下調(diào)基因1,000個(gè)。通過GO富集分析發(fā)現(xiàn)這些DEGs主要與IκB激酶（IKK）信號(hào)通路、外源物質(zhì)刺激響應(yīng)和氧水平響應(yīng)等生物學(xué)過程相關(guān)。KEGG富集分析結(jié)果表明，DEGs顯著富集在Ras信號(hào)通路及其下游通路（如PI3K-Akt和MAPK信號(hào)通路），這些通路異常激活與細(xì)胞增殖和癌癥發(fā)生密切相關(guān)。這些結(jié)果表明，HBQs暴露能夠顯著改變細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組譜，進(jìn)而可能影響細(xì)胞的正常生理功能和增殖行為。
圖5：2,6-DCBQ暴露導(dǎo)致SV-HUC-1細(xì)胞系的轉(zhuǎn)錄組譜發(fā)生變化。
(a)2,6-DCBQ處理組和對(duì)照組的主成分分析（PCA）。(b)兩組間差異表達(dá)基因(DEGs)的火山圖豐度。
(c)兩組間DEGs的生物過程GO分析。
(d)兩組間DEGs的最富集KEGG通路。
（5）與DMRs/DhMRs相關(guān)且表達(dá)差異的基因鑒定
研究進(jìn)一步探討了DMRs和DhMRs與基因表達(dá)之間的關(guān)系。整合表觀遺傳與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)54個(gè)啟動(dòng)子區(qū)低甲基化DMRs基因和187個(gè)基因體區(qū)低甲基化DMRs基因表達(dá)差異；30個(gè)啟動(dòng)子區(qū)高羥甲基化DhMRs基因和133個(gè)基因體區(qū)高羥甲基化DhMRs基因表達(dá)差異。其中與膀胱癌相關(guān)的基因（如CASC8、TTTY14、METRNL）呈現(xiàn)低甲基化或高羥甲基化修飾，且表達(dá)顯著改變。此外，Ras通路相關(guān)基因（PIK3R3、PAK6等）也受影響。這些結(jié)果表明，HBQs暴露能夠通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式來調(diào)控與癌癥相關(guān)的基因表達(dá)，進(jìn)而可能增加膀胱癌的風(fēng)險(xiǎn)。
圖6：DMRs/DhMRs和DEGs在啟動(dòng)子（a）及基因體（b）中的重疊基因。
結(jié)論和啟示
本研究通過結(jié)合RRBS、oxRRBS和RNA-seq技術(shù)，揭示了鹵代苯醌類消毒副產(chǎn)物（HBQs）對(duì)人膀胱上皮細(xì)胞的潛在致癌性。研究發(fā)現(xiàn)，HBQs能夠顯著提高細(xì)胞5hmC水平，并改變?nèi)蚪M范圍內(nèi)的5mC和5hmC分布。此外，與DMRs和DhMRs相關(guān)的基因在多種生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用，且這些基因的表達(dá)水平在HBQs處理后發(fā)生了顯著變化。上述這些結(jié)果表明，HBQs可能通過改變DNA甲基化和羥甲基化模式來調(diào)控基因表達(dá)，進(jìn)而增加膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)。總之，本研究為理解HBQs的致癌機(jī)制提供了重要線索，并強(qiáng)調(diào)在飲用水處理過程中關(guān)注這類新興消毒副產(chǎn)物的重要性。未來的研究需要在更接近實(shí)際環(huán)境濃度的條件下進(jìn)行長期暴露實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合體內(nèi)實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證這些發(fā)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)：
Zhao X, Du M, Guo P, Zhao J, Zhu L, Wang W. Genome-wide alterations of DNA methylation and hydroxymethylation in uroepithelial cells revealed potential carcinogenicity of halobenzoquinone disinfection byproducts. Environ Pollut. 2025 Aug 16:127001.doi: 10.1016/j.envpol.2025.127001.
標(biāo)簽：
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