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冬季に中国北京からPMに曝露されたヒト気管支上皮細胞におけるDNA損傷と酸化ストレスの影響
Effects of DNA Damage and Oxidative Stress in Human Bronchial Epithelial Cells Exposed to PM from Beijing, China, in Winter.
PMID: 32640694 DOI: 10.3390/ijerph17134874.
抄録
疫学研究では、肺がんを含む呼吸器疾患が微粒子物質（2.5μm以下）（PM）曝露と関連していることが裏付けられている。PMの毒性反応はPMの発生源に大きく影響されます。しかし、北京からのPMが気管支の遺伝毒性に及ぼす影響については、ほとんど知られていない。本研究では、北京産のPMをサンプリングし、in vitroで適用し、その遺伝毒性とその背後にあるメカニズムを調べた。曝露モデルとしてヒト気管支上皮細胞16HBEを用いた。低用量（67.5μg/mL）、中用量（116.9μg/mL）、高用量（202.5μg/mL）のPMを細胞への曝露に用いた。PM曝露後、細胞生存率、酸化ストレスマーカー、DNA(デオキシリボ核酸)鎖切断、8-OH-dGレベル、小核形成、及びDNA修復遺伝子発現を測定した。その結果、PMは16HBEにおいて有意に細胞毒性を誘導することが示された。さらに、活性酸素種(ROS),マロンジアルデヒド(MDA),細胞性ヘムオキシゲナーゼ(HO-1)のレベルが上昇し、グルタチオン(GSH)のレベルが低下することから、16HBEでは深刻な酸化ストレスが発生していることが示唆された。また、8-オキソグアニンDNAグリコシラーゼ(OGG1),X線修復クロスコンプリメンティング遺伝子1(XRCC1),ポリポリメラーゼ1(PARP1)発現の影響を受け、コメットアッセイの指標であるγ-H2AX及び8-OH-dGの発現がPMによって著しく増強されたことから、小核率が上昇し、DNA損傷が発生した。これらの結果は、16HBE細胞におけるPMの遺伝毒性の重要な役割を支持するものであり、酸化ストレスとDNA修復遺伝子の影響が複合的に作用することで発生する可能性がある。
Epidemiological studies have corroborated that respiratory diseases, including lung cancer, are related to fine particulate matter (<2.5 μm) (PM) exposure. The toxic responses of PM are greatly influenced by the source of PM. However, the effects of PM from Beijing on bronchial genotoxicity are scarce. In the present study, PM from Beijing was sampled and applied in vitro to investigate its genotoxicity and the mechanisms behind it. Human bronchial epithelial cells 16HBE were used as a model for exposure. Low (67.5 μg/mL), medium (116.9 μg/mL), and high (202.5 μg/mL) doses of PM were used for cell exposure. After PM exposure, cell viability, oxidative stress markers, DNA (deoxyribonucleic acid) strand breaks, 8-OH-dG levels, micronuclei formation, and DNA repair gene expression were measured. The results showed that PM significantly induced cytotoxicity in 16HBE. Moreover, the levels of reactive oxygen species (ROS), malondialdehyde (MDA), and cellular heme oxygenase (HO-1) were increased, and the level of glutathione (GSH) was decreased, which represented the occurrence of severe oxidative stress in 16HBE. The micronucleus rate was elevated, and DNA damage occurred as indicators of the comet assay, γ-H2AX and 8-OH-dG, were markedly enhanced by PM, accompanied by the influence of 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1), X-ray repair cross-complementing gene 1 (XRCC1), and poly (ADP-ribose) polymerase-1 (PARP1) expression. These results support the significant role of PM genotoxicity in 16HBE cells, which may occur through the combined effect on oxidative stress and the influence of DNA repair genes.