《Toxicology》：Epigenetic approaches by analysis of circulating miRNAs and global DNA methylation in veterinarians occupationally exposed to volatile anesthetics
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为探讨在通风不良的兽医手术室(VORs)中长期暴露于废弃麻醉气体(WAGs)对兽医健康的影响，研究人员通过一项病例对照研究，首次整合分析了循环microRNA (miRNA)表达谱、全基因组DNA甲基化及尿液中异氟烷和七氟烷的定量检测。研究发现暴露组有11个循环miRNAs表达失调，其中hsa-miR-1252-5p和hsa-miR-520f-3p具有较好的暴露鉴别能力(AUC≥0.70)，可能作为WAGs职业暴露的潜在效应生物标志物。该研究为评估这一被低估的职业健康风险提供了首个综合表观遗传学证据。
想象一下，在充斥着挥发性麻醉气体气味的房间里，兽医们日复一日、年复一年地进行着动物手术。与短暂接受麻醉的患者不同，这些专业人员长期、低剂量地暴露在残留的麻醉气体中，这已成为全球兽医手术室(VORs)中一个被严重低估的职业健康隐患。尤其是在通风和废气清除系统不足的环境下，异氟烷和七氟烷等气体在空气中积聚，构成了潜在的慢性暴露风险。这些物质不仅是强效温室气体，研究还表明它们可能引发氧化应激、炎症反应和DNA损伤等肺外毒性。然而，与人类麻醉医师相比，兽医群体因职业暴露于废弃麻醉气体(WAGs)而面临的潜在健康风险，长期以来缺乏深入、综合的分子水平研究。为了填补这一关键空白，Tony Fernando Grassi、Mariane Aparecida Pereira Silva等研究者开展了一项开创性的研究，旨在从表观遗传学角度，系统评估WAGs暴露对兽医的早期生物学影响。该研究成果已发表在《Toxicology》期刊上。
为了回答上述问题，研究人员采用了多项关键技术。他们从巴西一所大学兽医医院的29名暴露于WAGs的兽医和28名无暴露的对照者中采集了匹配的血浆和尿液样本。在暴露评估方面，他们通过气相色谱-质谱联用技术定量了尿液中的异氟烷和七氟烷原形浓度，以确认职业暴露并评估内暴露剂量。在表观遗传学分析层面，研究者利用NanoString nCounter技术对血浆中的约800种人类循环microRNA (miRNA)进行了表达谱分析，以筛选差异表达的miRNA。同时，他们采用高效液相色谱法测定了全血基因组DNA的全局甲基化水平。在数据分析中，他们结合了差异表达分析、受试者工作特征曲线分析评估候选miRNA的鉴别效能，并利用mirDIP、STRING等生物信息学工具对关键miRNA的靶基因和蛋白互作网络进行功能富集分析，以探索其潜在的生物学通路。
3. 结果
3.1. 研究人群特征
两组参与者在年龄、性别、体重指数等基本特征上无显著差异，具有良好的可比性。暴露组兽医平均职业暴露时长为7年，每周平均在手术室工作25小时。
3.2. 循环miRNA表达谱
血浆miRNA分析共检测到798种miRNA。与对照组相比，暴露组有11种miRNA的表达出现统计学显著差异。其中8种表达上调，3种表达下调。
3.3. ROC和AUC分析用于鉴定候选的暴露相关miRNA效应生物标志物
在差异表达的miRNA中，hsa-miR-1252-5p和hsa-miR-520f-3p展现出良好的鉴别暴露组与对照组的能力，其曲线下面积分别为0.70和0.71，表明具有较好的判别性能。
3.4. 选定miRNAs的差异表达
进一步分析确认，hsa-miR-1252-5p和hsa-miR-520f-3p在暴露组兽医血浆中均显著上调。
3.5. hsa-miR-1252-5p和hsa-miR-520f-3p的功能和生物学分析
生物信息学分析显示，hsa-miR-1252-5p的预测靶基因网络核心蛋白包括EP300、TP53、CREBBP、HDAC1和SIRT1，这些蛋白与染色质重塑、组蛋白乙酰化/去乙酰化、DNA损伤应答和应激调控相关。hsa-miR-520f-3p的网络核心则包括MAPK1、TNRC6B、MECP2和KMT2A，与细胞信号通路、增殖和表观遗传调控有关。功能富集分析提示，这两个miRNA调控的通路涉及TP53对代谢基因的调控、PTEN信号、TGF-β家族信号传导等。
3.6. 全基因组DNA甲基化谱
分析结果显示，暴露组与对照组之间的全基因组DNA甲基化水平（以5-甲基-2\′-脱氧胞苷百分比表示）无显著差异，表明在当前评估的暴露条件下，WAGs可能未引发全基因组范围的甲基化改变。
3.7. 尿液中异氟烷和七氟烷的评估
尿液检测结果显示，异氟烷和七氟烷仅在暴露组个体中被检出，而在对照组中未检测到。暴露组尿液中异氟烷和七氟烷的中位浓度分别为18 μg/L和26 μg/L，这证实了职业暴露的存在，并暗示其工作场所存在高度污染。根据已有研究数据换算，该尿液浓度对应的环境空气浓度远超美国国家职业安全卫生研究所推荐的2 ppm职业暴露限值。
4. 讨论与结论
本研究首次在职业暴露于WAGs的兽医群体中，整合评估了循环miRNA、全基因组DNA甲基化和尿液麻醉剂定量。研究的主要结论和意义在于：
首先，尿液生物监测确凿地证实了兽医在高污染工作环境中的职业暴露，其内暴露剂量对应的环境浓度远超安全限值，凸显了在配备不足的兽医手术室中实施工程控制和个人防护的紧迫性。
其次，尽管全基因组DNA甲基化水平未发生显著改变，但暴露组兽医的循环miRNA表达谱发生了特异性改变。其中，hsa-miR-1252-5p和hsa-miR-520f-3p不仅表达上调，且展现出良好的暴露鉴别能力，因此被提出作为WAGs职业暴露相关的潜在效应生物标志物。它们并非化学特异性标志物，而是反映了细胞对氧化应激、基因毒性等压力的早期适应性反应。
再者，对这两个关键miRNA的功能分析揭示了其靶向的通路和核心调控蛋白与表观遗传调控、应激反应、凋亡和转录控制密切相关。例如，hsa-miR-1252-5p关联的TP53、CREBBP、SIRT1等，以及hsa-miR-520f-3p关联的MAPK1、MECP2等，构成了一个与DNA损伤应答、染色质重塑和炎症信号相关的调控网络，这为理解WAGs暴露可能引发的早期分子事件提供了生物学合理性。
综上所述，这项研究建立了一个结合生物监测和表观遗传学终点的综合评估框架。它证实了在通风不良的兽医手术室中，WAGs暴露水平过高，并首次报道了与此暴露相关的特异性循环miRNA改变。尽管研究存在横断面设计、样本量有限、需进一步验证等局限性，但其发现为将循环miRNA作为敏感、非侵入性的早期生物标志物，用于监测这一被忽视职业群体的亚临床健康风险奠定了基础。未来需要纵向研究来确认暴露-反应关系，并探索这些表观遗传改变与长期健康结局的关联。这项工作推动了职业毒理学与表观遗传学的交叉，为保护兽医职业健康提供了新的科学依据。
