medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2023-102-5-482-487weyfqfmedlit-3119Research ArticleГИГИЕНА ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВHYGIENE OF CHILDREN AND ADOLESCENTSАэрогенная экспозиция бенз(а)пиреном детей как фактор модификации генетически детерминированной клеточной гибелиAerogenic exposure of benzo(a)pyrene in children as the modification factor of genetically determined cell deathhttps://orcid.org/0000-0003-4860-3145ДолгихОлег В.DolgikhOleg V.noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7271-9477НиконошинаНаталья АлексеевнаNikonoshinaNatalya A.

Мл. науч. сотр. лаб. иммунологии и аллергологии, аспирант ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения».

e-mail: nat08.11@yandex.ru

Junior research associate of the laboratory of immunology and allergology, post-graduate student of the Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies, Perm, 614045, Russian Federation.

e-mail: nat08.11@yandex.ru

nat08.11@yandex.ruФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человекаРоссияFederal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies of Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human WellbeingRussian Federation2023230620231025482487Copyright © Долгих О.В., Никоношина Н.А., 20232023Долгих О.В., Никоношина Н.А.Dolgikh O.V., Nikonoshina N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/3119Введение

Введение. Изучение особенностей генетически детерминированной гибели клеток у детей в условиях аэрогенной экспозиции бенз(а)пиреном является актуальным в аспекте идентификации иммунологических и генетических маркёров воздействия техногенных химических факторов.

Материалы и методы

Материалы и методы. Обследованы 569 детей дошкольного возраста. Группа наблюдения — дети, проживающие в условиях аэрогенной экспозиции бенз(а)пиреном (n = 384), группа сравнения — дети, проживающие на условно чистой территории (n = 185). Определение содержания бенз(а)пирена в атмосферном воздухе и в крови проводили методом ВЭЖХ. Определение AnnexinV-FITC+7AAD–, AnnexinV-FITC+7AAD+, Bax, Bcl-2, CD95+, p53, TNFR выполняли методом проточной цитофлуориметрии, изучение полиморфизма генов FAS (rs1159120) и TP53 (rs1042522) — методом ПЦР в реальном времени.

Результаты

Результаты. Аэрогенная экспозиция бенз(а)пиреном (7,4 ПДКсс) при его поступлении в дозе 0,000163 мг/(кг × день) обусловливает повышение уровня контаминации крови детей относительно группы сравнения и референтного уровня. Изменения иммунного профиля обследованного контингента (повышение содержания маркёров апоптоза AnnexinV-FITC+7AAD–-клеток, CD3+CD95+-лимфоцитов, р53, TNFR на фоне компенсаторной гиперпродукции антиапоптотического белка Bcl-2) ассоциированы с С-аллелем (OR = 1,38; 95% CI = 1,02–1,88; p < 0,05) и с СС-генотипом (OR = 2,53; 95% CI = 1,72–3,72; p < 0,05) гена FAS (rs1159120), а также с С-аллелем (OR = 1,96; 95% CI = 1,53–2,53; p < 0,05) и СС-генотипом (OR = 2,53; 95% CI = 1,72–3,72; p < 0,05) гена TP53 (rs1042522).

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Ограничения на проведение исследований, связанные c возможностью применения выбранных методов, характеристиками объектов исследования, отсутствовали.

Заключение

Заключение. Ассоциированные с контаминацией крови бенз(а)пиреном изменения иммунного профиля (избыток AnnexinV-FITC+7AAD–-клеток и CD3+CD95+-лимфоцитов, р53, TNFR, Bcl-2), сопряжённые с С-аллелем (OR = 1,38; 95% CI = 1,02–1,88; p < 0,05) и СС-генотипом (OR = 2,53; 95% CI = 1,72–3,72; p < 0,05) гена FAS (rs1159120), а также с С-аллелем (OR = 1,96; 95% CI = 1,53–2,53; p < 0,05) и СС-генотипом (OR = 2,53; 95% CI = 1,72–3,72; p < 0,05) гена TP53 (rs1042522), формируют риски нарушений запрограммированной клеточной гибели у детей, проживающих в условиях аэрогенной экспозиции бенз(а)пиреном, при его поступлении в дозе более 0,000163 мг/(кг × день).

Соблюдение этических стандартов. Исследование выполнено с соблюдением этических требований Хельсинкской декларации ВМА 2000 г. и протокола Конвенции Совета Европы о правах человека и биомедицине 1999 г. Исследование одобрено ЛЭК ФБУН «Федеральный научный центр медико-профилактических технологий управления рисками здоровью населения» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (протокол № 23 от 20.12.2021 г.). Было получено информированное согласие законных представителей участников исследования.

Участие авторов

Участие авторов: Долгих О.В. — концепция и дизайн исследования, написание и редактирование текста; Никоношина Н.А. — сбор и обработка материала, статистическая обработка, написание и редактирование текста. Все соавторы — утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.

Поступила

Поступила: 09.03.2023 / Принята к печати: 31.05.2023/ Опубликована: 20.06.2023

Introduction

Introduction. The study of genetically determined cell death features in children under the conditions of aerogenic exposure to benzo(a)pyrene is relevant in the identification of immunological and genetic markers of technogenic chemical factor exposure.

Materials and methods

Materials and methods. Five hundred sixty nine preschool children were examined. Observation group included 384 children living under the conditions of aerogenic exposure to benzo(a)pyrene. Comparison group consisted of 185 children living in a relatively clean area. Determination of the content of benzo(a)pyrene in atmospheric air and in blood was carried out by HPLC. Determination of Annexin-FITC+7AAD–, Annexin-FITC+7AAD+, Bax, Bcl-2, CD95+, p53, TNFR was made by flow cytofluorometry. The study of FAS (rs1159120) and TP53 (rs1042522) gene polymorphism was performed by real-time PCR.

Results

Results. The aerogenic benzo(a)pyrene exposure (7.4 MPCad) at a dose of 0.000163 mg/(kg · day) causes an increase in the level of contamination in children blood relative to the comparison group and the reference level (p<0.05). Changes in the immune profile of the examined contingent (increased content of apoptosis markers — Annexin-FITC+7AAD–-cells, CD3+CD95+-lymphocytes, p53, TNFR against the background of compensatory anti-apoptotic protein Bcl-2 hyperproduction) are associated with the C-allele (OR=1.38; 95% CI: 1.02–1.88, p<0.05); and CC-genotype (OR=2.53; 95% CI: 1.72–3.72, p<0.05) of FAS gene (rs1159120), and the C-allele (OR=1.96; 95% CI: 1.53–2.53, p<0.05) and CC-genotype (OR=2.53; 95% CI: 1.72–3.72, p<0.05) of t TP53 gene (rs1042522).

Limitations

Limitations. There are no restrictions on conducting research related to the possibility of using the selected methods and the characteristics of the objects of research.

Conclusion

Conclusion. Changes in the immune profile associated with blood contamination with benzo(a)pyrene (excess of AnnexinV-FITC+7AAD– and CD3+CD95+-lymphocytes, p53, TNFR, Bcl-2 cells) are associated with the C-allele (OR=1.38; 95% CI: 1.02–1.88, p<0.05); and CC-genotype (OR=2.53; 95% CI: 1.72–3.72, p<0.05) of FAS gene (rs1159120), and C-allele (OR=1.96; 95% CI: 1.53–2.53, p<0.05) and CC-genotype (OR=2.53; 95% CI: 1.72–3.72, p<0.05) of t TP53 gene (rs1042522) form the risks of programmed cell death violations in children living under the conditions of aerogenic exposure to benzo(a)pyrene, when it is entered the body at a dose of more than 0.000163 mg/(kg · day).

Compliance with ethical standards. The study was carried out in compliance with the ethical requirements of the Helsinki Declaration of the WMA 2000 and the Protocol of the Council of Europe Convention on Human Rights and Biomedicine 1999. The study was approved by the LEC of the Federal Scientific Center for Medical and Preventive Health Risk Management Technologies of the Federal Service for Supervision of Consumer Rights Protection and Human Well-Being (Protocol No. 23 of 12/20/2021). Informed consent was obtained for all participants.

Contribution

Contribution: Dolgikh O.V. — concept and design of research, writing and editing of text; Nikonoshina N.A. — collection and processing of material, statistical processing, writing and editing of text. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Acknowledgement

Acknowledgement. The study had no sponsorship.

Received

Received: March 9, 2023 / Accepted: May 31, 2023 / Published: June 20, 2023

бенз(а)пирендетиапоптозиммунный профильгенетический полиморфизмbenzo(a)pyrenechildrenapoptosisimmune profilegenetic polymorphismReferencesDeng Y.L., Liao J.Q., Zhou B., Zhang W.X., Liu C., Yuan X.Q., et al. Early life exposure to air pollution and cell-mediated immune responses in preschoolers. Chemosphere. 2022; 286(Pt. 3): 131963. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131963Deng Y.L., Liao J.Q., Zhou B., Zhang W.X., Liu C., Yuan X.Q., et al. Early life exposure to air pollution and cell-mediated immune responses in preschoolers. Chemosphere. 2022; 286(Pt. 3): 131963. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2021.131963Suzuki T., Hidaka T., Kumagai Y., Yamamoto M. Environmental pollutants and the immune response. Nat. Immunol. 2020; 21(12): 1486–95. https://doi.org/10.1038/s41590-020-0802-6Suzuki T., Hidaka T., Kumagai Y., Yamamoto M. Environmental pollutants and the immune response. Nat. Immunol. 2020; 21(12): 1486–95. https://doi.org/10.1038/s41590-020-0802-6Деев Р.В., Билялов А.И., Жампеисов Т.М. Современные представления о клеточной гибели. Гены и клетки. 2018; 13(1): 6–19. https://doi.org/10.23868/201805001 https://www.elibrary.ru/ynqdvjDeev R.V., Bilyalov A.I., Zhampeisov T.M. Modern ideas about cell death. Geny i kletki. 2018; 13(1): 6–19. https://doi.org/10.23868/201805001 https://www.elibrary.ru/ynqdvj (in Russian)Старкова К.Г., Долгих О.В., Легостаева Т.А., Ухабов В.М. Риск формирования аллергии и ее иммунные фенотипы у детей с полиморфизмом гена MMP9 Q279R. Анализ риска здоровью. 2022; (4): 168–76. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.4.16 https://www.elibrary.ru/lhospnStarkova K.G., Dolgikh O.V., Legostaeva T.A., Ukhabov V.M. Risk of allergy and its immune phenotypes in children with MMP9 Q279R gene polymorphism. Analiz riska zdorov’yu. 2022; (4): 168–76. https://doi.org/10.21668/health.risk/2022.4.16 https://www.elibrary.ru/lhospn (in Russian)Chang Y., Siddens L.K., Heine L.K., Sampson D.A., Yu Z., Fischer K.A., et al. Comparative mechanisms of PAH toxicity by benzo[a]pyrene and dibenzo[def,p]chrysene in primary human bronchial epithelial cells cultured at air-liquid interface. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2019; 379: 114644. https://doi.org/10.1016/j.taap.2019.114644Chang Y., Siddens L.K., Heine L.K., Sampson D.A., Yu Z., Fischer K.A., et al. Comparative mechanisms of PAH toxicity by benzo[a]pyrene and dibenzo[def,p]chrysene in primary human bronchial epithelial cells cultured at air-liquid interface. Toxicol. Appl. Pharmacol. 2019; 379: 114644. https://doi.org/10.1016/j.taap.2019.114644Abd El-Fattah E.E., Abdelhamid A.M. Benzo[a]pyrene immunogenetics and immune archetype reprogramming of lung. Toxicology. 2021; 463: 152994. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152994Abd El-Fattah E.E., Abdelhamid A.M. Benzo[a]pyrene immunogenetics and immune archetype reprogramming of lung. Toxicology. 2021; 463: 152994. https://doi.org/10.1016/j.tox.2021.152994Зайцева Н.В., Никоношина Н.А., Долгих О.В. Особенности иммунного профиля и полиморфизма кандидатных генов у детского населения при промышленной контаминации биосред ртутью. Гигиена и санитария. 2021; 100(10): 1133–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-10-1133-1138Zaytseva N.V., Nikonoshina N.A., Dolgikh O.V. Features of the immune profile and polymorphism of candidate genes in children population of an industrially developed region with excessive contamination of the biological medium with mercury. Gigiena i Sanitaria (Hygiene and Sanitation, Russian journal). 2021; 100(10): 1133–8. https://doi.org/10.47470/0016-9900-2021-100-10-1133-1138 (in Russian)Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2018 году». М.: Кадастр; 2019.State Report «On the state and environmental protection of the Russian Federation in 2018». Moscow: Kasastr; 2019. (in Russian)Состояние загрязнения атмосферы в городах на территории России за 2017г.: Ежегодник. СПб.; 2018.The state of atmospheric pollution in cities in Russia for 2017: Yearbook. St. Petersburg; 2018. (in Russian)Ву А.Х.Б., ред. Клиническое руководство Тица по лабораторным тестам. Пер. с англ. М.: Лабора; 2013.Wu A.H.B. Tietz Clinical Guide to Laboratory Tests. Elsevier Health Science; 2006. (in Russian)Myers J.N., Harris K.L., Rekhadevi P.V., Pratap S., Ramesh A. Benzo(a)pyrene-induced cytotoxicity, cell proliferation, DNA damage, and altered gene expression profiles in HT-29 human colon cancer cells. Cell Biol. Toxicol. 2021; 37(6): 891–913. https://doi.org/10.1007/s10565-020-09579-5Myers J.N., Harris K.L., Rekhadevi P.V., Pratap S., Ramesh A. Benzo(a)pyrene-induced cytotoxicity, cell proliferation, DNA damage, and altered gene expression profiles in HT-29 human colon cancer cells. Cell Biol. Toxicol. 2021; 37(6): 891–913. https://doi.org/10.1007/s10565-020-09579-5Dračínská H., Indra R., Jelínková S., Černá V., Arlt V.M., Stiborová M. Benzo[a]pyrene-Induced Genotoxicity in Rats Is Affected by Co-Exposure to Sudan I by Altering the Expression of Biotransformation Enzymes. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(15): 8062. https://doi.org/10.3390/ijms22158062Dračínská H., Indra R., Jelínková S., Černá V., Arlt V.M., Stiborová M. Benzo[a]pyrene-Induced Genotoxicity in Rats Is Affected by Co-Exposure to Sudan I by Altering the Expression of Biotransformation Enzymes. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22(15): 8062. https://doi.org/10.3390/ijms22158062Kumar A., Sinha N., Kodidela S., Zhou L., Singh U.P., Kumar S. Effect of benzo(a)pyrene on oxidative stress and inflammatory mediators in astrocytes and HIV-infected macrophages. PLoS One. 2022; 17(10): e0275874. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0275874Kumar A., Sinha N., Kodidela S., Zhou L., Singh U.P., Kumar S. Effect of benzo(a)pyrene on oxidative stress and inflammatory mediators in astrocytes and HIV-infected macrophages. PLoS One. 2022; 17(10): e0275874. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0275874Liu D., Zhao Y., Qi Y., Gao Y., Tu D., Wang Y., et al. Benzo(a)pyrene exposure induced neuronal loss, plaque deposition, and cognitive decline in APP/PS1 mice. J. Neuroinflammation. 2020; 17(1): 258. https://doi.org/10.1186/s12974-020-01925-yLiu D., Zhao Y., Qi Y., Gao Y., Tu D., Wang Y., et al. Benzo(a)pyrene exposure induced neuronal loss, plaque deposition, and cognitive decline in APP/PS1 mice. J. Neuroinflammation. 2020; 17(1): 258. https://doi.org/10.1186/s12974-020-01925-yGao M., Zheng A., Chen L., Dang F., Liu X., Gao J. Benzo(a)pyrene affects proliferation with reference to metabolic genes and ROS/HIF-1α/HO-1 signaling in A549 and MCF-7 cancer cells. Drug Chem. Toxicol. 2022; 45(2): 741–9. https://doi.org/10.1080/01480545.2020.1774602Gao M., Zheng A., Chen L., Dang F., Liu X., Gao J. Benzo(a)pyrene affects proliferation with reference to metabolic genes and ROS/HIF-1α/HO-1 signaling in A549 and MCF-7 cancer cells. Drug Chem. Toxicol. 2022; 45(2): 741–9. https://doi.org/10.1080/01480545.2020.1774602Bukowska B., Duchnowicz P. Molecular Mechanisms of Action of Selected Substances Involved in the Reduction of Benzo[a]pyrene-Induced Oxidative Stress. Molecules. 2022; 27(4): 1379. https://doi.org/10.3390/molecules27041379Bukowska B., Duchnowicz P. Molecular Mechanisms of Action of Selected Substances Involved in the Reduction of Benzo[a]pyrene-Induced Oxidative Stress. Molecules. 2022; 27(4): 1379. https://doi.org/10.3390/molecules27041379Lin Y.C., Wu C.Y., Hu C.H., Pai T.W., Chen Y.R., Wang W.D. Integrated hypoxia signaling and oxidative stress in developmental neurotoxicity of benzo[a]pyrene in zebrafish embryos. Antioxidants (Basel). 2020; 9(8): 731. https://doi.org/10.3390/antiox9080731Lin Y.C., Wu C.Y., Hu C.H., Pai T.W., Chen Y.R., Wang W.D. Integrated hypoxia signaling and oxidative stress in developmental neurotoxicity of benzo[a]pyrene in zebrafish embryos. Antioxidants (Basel). 2020; 9(8): 731. https://doi.org/10.3390/antiox9080731Allmann S., Mayer L., Olma J., Kaina B., Hofmann T.G., Tomicic M.T., et al. Benzo[a]pyrene represses DNA repair through altered E2F1/E2F4 function marking an early event in DNA damage-induced cellular senescence. Nucleic. Acids. Res. 2020; 48(21): 12085–101. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa965Allmann S., Mayer L., Olma J., Kaina B., Hofmann T.G., Tomicic M.T., et al. Benzo[a]pyrene represses DNA repair through altered E2F1/E2F4 function marking an early event in DNA damage-induced cellular senescence. Nucleic. Acids. Res. 2020; 48(21): 12085–101. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa965Singh R., Letai A., Sarosiek K. Regulation of apoptosis in health and disease: the balancing act of BCL-2 family proteins. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019; 20(3): 175–93. https://doi.org/10.1038/s41580-018-0089-8Singh R., Letai A., Sarosiek K. Regulation of apoptosis in health and disease: the balancing act of BCL-2 family proteins. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2019; 20(3): 175–93. https://doi.org/10.1038/s41580-018-0089-8Sukumaran P., Nascimento Da Conceicao V., Sun Y., Ahamad N., Saraiva L.R., Selvaraj S., et al. Calcium signaling regulates autophagy and apoptosis. Cells. 2021; 10(8): 2125. https://doi.org/10.3390/cells10082125Sukumaran P., Nascimento Da Conceicao V., Sun Y., Ahamad N., Saraiva L.R., Selvaraj S., et al. Calcium signaling regulates autophagy and apoptosis. Cells. 2021; 10(8): 2125. https://doi.org/10.3390/cells10082125Hussar P. Apoptosis regulators Bcl-2 and caspase-3. Encyclopedia. 2022; 2(4): 1624–36. https://doi.org/10.3390/encyclopedia2040111Hussar P. Apoptosis regulators Bcl-2 and caspase-3. Encyclopedia. 2022; 2(4): 1624–36. https://doi.org/10.3390/encyclopedia2040111Wang M., Su P. The role of the Fas/FasL signaling pathway in environmental toxicant-induced testicular cell apoptosis: An update. Syst. Biol. Reprod. Med. 2018; 64(2): 93–102. https://doi.org/10.1080/19396368.2017.1422046Wang M., Su P. The role of the Fas/FasL signaling pathway in environmental toxicant-induced testicular cell apoptosis: An update. Syst. Biol. Reprod. Med. 2018; 64(2): 93–102. https://doi.org/10.1080/19396368.2017.1422046Abuetabh Y., Wu H.H., Chai C., Al Yousef H., Persad S., Sergi C.M., et al. DNA damage response revisited: the p53 family and its regulators provide endless cancer therapy opportunities. Exp. Mol. Med. 2022; 54(10): 1658–69. https://doi.org/10.1038/s12276-022-00863-4Abuetabh Y., Wu H.H., Chai C., Al Yousef H., Persad S., Sergi C.M., et al. DNA damage response revisited: the p53 family and its regulators provide endless cancer therapy opportunities. Exp. Mol. Med. 2022; 54(10): 1658–69. https://doi.org/10.1038/s12276-022-00863-4

The authors declare that there are no conflicts of interest present.