Toxicol Sci:新技術快速檢測空氣汙染物致癌風險

2020-12-05 生物谷

2015年5月13日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，刊登於國際雜誌Toxicological Sciences上的一篇研究論文中，來自俄勒岡州立大學的研究人員通過研究開發了一種快速高效的技術，其可以估測常見的特定環境汙染物給人體所帶來的致癌風險。研究者可以通過分析暴露小鼠的皮膚細胞所產生的即時遺傳反應，同時應用統計學方法來確定是否這些細胞最終會具有癌變性。

本文研究主要針對一些重要的常見環境汙染物，比如多環芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs），其通常在空氣中以一種混合物的形式存在，比如汽車尾氣及吸菸的煙霧。研究者Susan Tilton說道，僅在12小時以內我們就可以預測特定PAH混合物致癌的能力，而不用等25周以後腫瘤長出來；對於PAH混合物，這種新技術不僅可以快速而且可以非常高效準確地評估其致癌風險。

目前該技術需要利用大量的化合物及混合物進行檢測，但如今研究者已經開發出了一種模型，利用該模型研究者就可以在實驗室培養皿中對人類細胞進行大規模的篩選測試了。本文中開發的新技術尤其可以用於進行PAHs的篩查；人類最開始都會暴露於含有PAHs混合物的空氣中，這就使得新技術難以評估PAHs對人類致癌的風險。研究者Tilton說道，進行標準的計算就可以鑑別出混合物中每一種物質對機體的致癌風險，最後再進行相加就可以算出整個PAHs對機體的致癌風險了。

這種技術目前並不能對很多種PAH進行分析，本文研究中研究者對三種常存在於空氣中的PAH混合物進行了評估，即煤焦油、汽車尾氣及吸菸煙霧，結果發現，每一種物質都會觸發小鼠皮膚細胞發生一系列級聯生化反應及代謝改變，這種反應相當於遺傳改變的特殊「指紋」一樣，而這隻有當細胞對暴露環境中的化合物產生反應才會出現。隨著細胞開始癌變同時匹配這些已知的遺傳改變模式，研究人員發現某些細胞反應可以作為癌症發生的早期指示器，同時他們還發現，檢測致癌物質的標準方法或許低估了某些混合物對機體的致癌風險以及不同混合物結合起來引發的風險。

本文研究首次基於PAH混合物單一組分對機體的致癌風險進行了評估，同時研究者開發出了一種準確的技術來分析整體混合物對機體的風險，他們希望通過引入這種技術或可在未來快速分析出環境汙染物對機體的致癌風險，這對於開發有效預防癌症的方法提供了一定基礎和線索。（生物谷Bioon.com）

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Mechanism-based classification of PAH mixtures to predict carcinogenic potential

Susan C. Tilton*,†,1, Lisbeth K. Siddens*,†, Sharon K. Krueger*,‡, Andrew J. Larkin*,†, Christiane V. Löhr§, David E. Williams*,†,‡, William M. Baird*,† and Katrina M. Waters*,¶

We have previously shown that relative potency factors and DNA adduct measurements are inadequate for predicting carcinogenicity of certain polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and PAH mixtures, particularly those that function through alternate pathways or exhibit greater promotional activity compared to benzo[a]pyrene (BaP). Therefore, we developed a pathway-based approach for classification of tumor outcome after dermal exposure to PAH/mixtures. FVB/N mice were exposed to dibenzo[def,p]chrysene (DBC), BaP or environmental PAH mixtures (Mix 1-3) following a two-stage initiation/promotion skin tumor protocol. Resulting tumor incidence could be categorized by carcinogenic potency as DBC>>BaP=Mix2=Mix3>Mix1=Control, based on statistical significance. Gene expression profiles measured in skin of mice collected 12 h post-initiation were compared to tumor outcome for identification of short-term bioactivity profiles. A Bayesian integration model was utilized to identify biological pathways predictive of PAH carcinogenic potential during initiation. Integration of probability matrices from four enriched pathways (p<0.05) for DNA damage, apoptosis, response to chemical stimulus and interferon gamma signaling resulted in the highest classification accuracy with leave-one-out cross validation. This pathway-driven approach was successfully utilized to distinguish early regulatory events during initiation prognostic for tumor outcome and provides proof-of-concept for using short-term initiation studies to classify carcinogenic potential of environmental PAH mixtures. These data further provide a 『source-to-outcome』 model that could be used to predict PAH interactions during tumorigenesis and provide an example of how mode-of-action based risk assessment could be employed for environmental PAH mixtures.

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