PLoS ONE: metabolitter af aromatiske kulbrinter Phenanthren i urinen af ​​cigaret rygere fra Five Etniske grupper med forskellige risici for Lung Cancer

Abstrakt

Resultater fra det multietniske Kohorte viste betydelige forskelle i risiko lungekræft blandt cigaret rygere fra fem forskellige etniske /racemæssige grupper. For det samme antal cigaretter røget, og især blandt lys rygere, afroamerikanere og Native hawaiianerne havde den højeste risiko for lungekræft, Whites havde mellemliggende risiko, mens Latinoer og japanske amerikanere havde den laveste risiko. Vi analyserede urinprøver fra 331-709 deltagere fra hver etnisk gruppe i denne undersøgelse for metabolitter af phenanthren, et surrogat for kræftfremkaldende polycykliske aromatiske eksponering kulbrinte. I overensstemmelse med deres risiko for lungekræft og vores tidligere undersøgelser af flere andre kræftfremkaldende stoffer og giftstoffer i cigaretrøg, afroamerikanere havde signifikant (p 0,0001) højere median for de to phenanthren metabolitter 3-hydroxyphenanthrene (3-PheOH, 0,931 pmol /ml) og phenanthren tetraol (PhET, 1,13 pmol /ml) end hvide (3-PheOH, 0,697 pmol /ml, PhET, 0,853 pmol /ml), mens japansk-amerikanere havde signifikant (p = 0,002) lavere niveauer af 3-PheOH (0,621 pmol /ml) end hvide. PhET niveauer (0,838 pmol /ml) i japansk-amerikanere var ikke anderledes end hvide. Disse resultater er hovedsagelig i overensstemmelse med den risiko for lungekræft af disse tre grupper, men resultaterne for Native hawaiianerne og Latinoer var mere kompleks. Vi foretog også en genom bred forening undersøgelse i jagten på faktorer, der kan påvirke PhET og 3-PheOH niveauer. Sletning af

GSTT1

forklarede 2,2% af variationen i PhET, mens den stærkeste association, rs5751777 (p = 1.8×10

-62) i

GSTT2

gen, forklarede 7,7% af variabiliteten i PhET. Disse GWAS resultater antyder en mulig beskyttende virkning af lavere

GSTT1

kopital varianter på epoxid diol pathway, som var et uventet resultat. Kollektivt resultaterne af denne undersøgelse giver yderligere beviser, at forskellige mønstre af cigaretrygning er ansvarlige for den højere risiko for lungekræft for afroamerikanere end af hvide og den nedre lungekræft risiko for japanske amerikanere, mens andre faktorer synes at være involveret i forskellige risici ved Native hawaiianerne og Latinoer

Henvisning:. Patel YM, Park SL, Carmella SG, Paiano V, Olvera N, Stram DO, et al. (2016) metabolitter af aromatiske kulbrinter Phenanthren i urinen af ​​cigaret rygere fra Five Etniske grupper med forskellige risici for lungekræft. PLoS ONE 11 (6): e0156203. doi: 10,1371 /journal.pone.0156203

Redaktør: Max Costa, New York University School of Medicine, UNITED STATES

Modtaget: 2. marts, 2016 Accepteret: 10 maj 2016; Udgivet: 8 jun 2016

Copyright: © 2016 Patel et al. Dette er en åben adgang artiklen distribueres under betingelserne i Creative Commons Attribution License, som tillader ubegrænset brug, distribution og reproduktion i ethvert medie, forudsat den oprindelige forfatter og kilde krediteres

Data Tilgængelighed:. Alle relevante data er offentligt tilgængelige via NIH dbGaP databasen https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gap, Studie Accessionsnummer: phs000220.v1.p1. Eventuelle yderligere anmodninger om oplysninger skal ske til Loic Le Marchand ([email protected]), principal investigator i det multietniske Kohorte studie

Finansiering:. Denne undersøgelse blev støttet af tilskud nr. CA-138.338 fra US National Cancer Institute (https://www.cancer.gov). Massespektrometri blev udført i Analytical Biochemistry Shared ressource af frimurerisk Cancer Center, delvist understøttet af National Cancer Institute Cancer Center Support give no. CA-77598

Konkurrerende interesser:. Forfatterne har erklæret, at der ikke findes konkurrerende interesser

Introduktion

Lungekræft er den hyppigste årsag til kræft død hos både mænd og kvinder. i USA, med mere end 158.000 dødsfald i 2015, ca. 90% er forårsaget af cigaretrygning [1]. Worldwide i 2012 var der 1,589,800 dødsfald som følge af lungekræft, ca. 3 per minut [2]. Cigaretrygning står for 80% af den verdensomspændende lungekræft byrde hos mænd og mindst 50% hos kvinder [3]. Faldende denne forfærdelige dødstal ved videnskabeligt baserede tobak kontrol politikker og tilhørende metoder til forebyggelse af lungekræft er en kritisk mål for kræftforskning. En forståelse af de mekanismer, som rygning forårsager lungekræft er en tilgang til at nå dette mål.

Resultater fra det multietniske Kohorte (MEC) undersøgelse giver en potentielt vigtig bly for at forstå mekanismerne i rygning-induceret lungekræft. Denne undersøgelse viste, at for det samme antal cigaretter røget, og især ved lave niveauer af rygning, afrikansk-amerikanere og indfødte hawaiianerne havde en signifikant højere risiko for lungekræft end hvide, mens risikoen for latinoer og japanske-amerikanere var betydeligt lavere end dem af Whites [4]. Vores hypotese er, at der er fænotypiske og genotypiske forskelle mellem disse grupper, der kunne tegne sig for deres forskellige risici for lungekræft. Således har vi analyseret urinprøver fra individer i hver etnisk gruppe for metabolitter af kræftfremkaldende stoffer og giftstoffer, som findes i tobaksrøg, og har desuden gennemført genome wide associationsstudier (GWAS) i søgen efter fælles genetiske varianter, der kan forudsige forskelle i disse metabolitter [5-8]. Resultaterne til dato demonstrerer vigtige forskelle i metabolitter af nikotin, tobak-specifikke lunge kræftfremkaldende 4- (methylnitrosamino) -1- (3-pyridyl) -1-butanon (NNK), acrolein, crotonaldehyd, og benzen blandt de etniske grupper, der kan bidrage til de observerede forskelle i lungekræft modtagelighed i MEC [5-8]. Vi har også observeret stærke relationer mellem polymorfier i visse gener-

CYP2A6

,

UGT2B10

, og

GSTT1

-Og koncentrationer af bestemte metabolitter [5-8].

polycykliske aromatiske hydrocarboner (PAH) er en stor gruppe af strukturelt beslægtede forbindelser dannet under ufuldstændig forbrænding og pyrolyse af organisk materiale. Almindelige kilder til eksponering for PAH omfatter forurenede luft, erhvervsmæssig eksponering, der forekommer i aluminium og koks produktions brancher og i tagdækning og brolægning med stenkulstjære, indtagelse af stegt mad, og cigaretrygning [9,10]. De plane PAH molekyler, hvoraf den mest udbredte har 3-5 aromatiske ringe, altid optræder sammen som blandinger. Mange individuelle PAH demonstrerer stærke kræftfremkaldende aktivitet i lungen og andre væv af forsøgsdyr, og visse erhverv forbundet med PAH eksponering anses kræftfremkaldende for mennesker [9]. Benzo [

en

] pyren, et bredt studeret prototypisk og stærkt kræftfremkaldende PAH, er også klassificeret som kræftfremkaldende for mennesker [9]. PAH anses for at være blandt de vigtigste årsager til lungekræft i cigaret rygere [11]. Phenanthren, med 3 kantede ringe, er en typisk medlem af PAH klassen selvom det mangler signifikant carcinogenicitet [9]. Phenanthren metabolitter er blevet meget anvendt som dosimetre PAH eksponering fordi deres niveauer varierer med de kræftfremkaldende PAH metabolitter og på grund af den højere koncentration af phenanthren i PAH-blandinger, er phenanthren metabolitter lettere kvantificeres [12]. I undersøgelsen rapporteret her, vi kvantificeret 3-hydroxyphenanthrene (3-PheOH) og phenanthren tetraol (PhET) (figur 1) i urinen af ​​rygere fra de fem forskellige etniske grupper i MEC, og gennemført en GWAS at undersøge gener forbundet med 3-PheOH og PhET niveauer i disse rygere.

Materialer og metoder

emner

Godkendelse til denne undersøgelse, herunder godkendelsesproceduren, blev opnået fra Institutional Review Boards fra University of Minnesota, University of Hawaii, og University of Southern California. Undersøgelsens deltagere forudsat skriftlige samtykke. IRB kodenummer: 0912M75654. Emnerne i denne undersøgelse er en undergruppe af de nuværende rygere fra det multietniske Kohorte studie (MEC). MEC er et prospektivt kohorte studie undersøger sammenslutningen af ​​genetiske og livsstilsfaktorer med kroniske sygdomme i en befolkning med forskellige etnisk baggrund [13]. Den kohorte består af 215,251 mænd og kvinder i alderen 45 til 75 ved baseline, tilhører hovedsageligt til en af ​​følgende fem etniske /racemæssige grupper: afroamerikanere, Native hawaiianerne, hvide, latinoer, og japanske amerikanere. Potentielle deltagere blev identificeret og rekrutteret mellem 1993 og 1996 i Hawaii og Californien (hovedsagelig Los Angeles County) gennem vælgerregistreringscentrene lister, kørekort filer, og Health Care Finansiering Administration data. Hver deltager afsluttet en mail-in selvadministrerede spørgeskema, som omfattede spørgsmål om demografiske, kosten, livsstil, rygning og andre eksponering faktorer.

Ca. 10 år efter deres indtræden i MEC, 2.393 nuværende rygere deltog i MEC bio-prøven sub-kohorte, hvor en blodprøve og en første morgen urin prøve (emner rekrutteret i Californien) eller natten urinprøve (emner rekrutteret i Hawaii) er indsamlet. Deltagerne også gennemført en epidemiologisk spørgeskema, rygning historie spørgeskema og medicin rekord. Den overnight urinprøve blev indsamlet startende fra 17:00 til 21:00 (afhængigt af emnet), og omfatter alle urin passeret i løbet af natten og den første morgen urin. Alle urin blev holdt på is indtil forarbejdning. Alikvoter blev efterfølgende opbevaret i en -80 ° C fryser indtil analyse. Godkendelse til denne undersøgelse, herunder godkendelsesproceduren, blev opnået fra Institutional Review Boards fra University of Minnesota, University of Hawaii, og University of Southern California.

Overnight eller første morgen urin blev brugt til at måle total nikotin ækvivalenter (TNE), som omfatter summen af ​​nikotin og dets metabolitter nikotin glucuronid, cotinin, cotinin glucuronid, 3′-hydroxycotinin, 3′-hydroxycotinin glucuronid og nikotin

N

oxid [5], samlede 4- (methylnitrosamino) -1- (3-pyridyl) -1-butanol (NNAL) [7],

S

-phenylmercapturic syre (SPMA) [14], 3-hydroxypropylmercapturic acid (3-HPMA ) [8], 3-hydroxy-1-methylpropylmercapturic syre (HMPMA) [8], såvel som PhET og PheOH, hvor metoderne er beskrevet nedenfor. Kreatinin blev analyseret ved hjælp af en kolorimetrisk mikroplade assay (CRE34-K01) købt fra Eagle Bioscience (https://stores.eaglebio.com/creatinine-microplate-assay-kit).

Statistiske metoder

Til denne analyse blev 2.310 emner bevaret. Disse personer havde TNE 1,27 nmol /ml (4 gange den grænse for kvantificering) [5], og havde enten PhET eller 3-PheOH måles. Af de 2.310 forsøgspersoner, 14 forsøgspersoner manglede foranstaltninger af PhET og 56 forsøgspersoner manglede foranstaltninger af 3-PheOH.

Derudover blandt de emner, der opbevares for denne analyse, deltagere, der manglede foranstaltninger af BMI eller cigaretter om dagen (CPD) på tidspunktet for urinopsamling blev tilregnet ved hjælp af Markov Chain Monte Carlo metode og PROC MI erklæring fra SAS v9.2 software (SAS Institute, Cary, NC). Detaljer om imputering er blevet offentliggjort [5,7].

For at undersøge sammenhængen mellem PhET, 3-PheOH og foranstaltninger af rygning [cigaretter om dagen (CPD) og TNE], Pearson partielle korrelationskoefficienter (r ) blev justeret for alder, køn og race /etnicitet og kreatinin niveauer (naturlig log). Wilcoxon Mann-Whitney-test blev anvendt til sammenligning rang af PhET og 3-PheOH niveauer tværs race /etnisk. Også blev de kovarianteffekter-justerede geometriske midler til PhET og 3-PheOH beregnet for hver etnisk /racemæssige gruppe på middelværdien kovariant vektor. Vi brugte fire multivariable lineære modeller. Den første korrigeret for følgende prædiktorer: alder på tidspunktet for urinopsamling (kontinuerlig), køn (hvis relevant), race, BMI (naturlig log) og kreatinin niveauer (naturlige log) og den anden desuden justeret for TNE. De resterende to modeller ikke omfatter kreatinin niveauer. Bedre at kunne imødekomme modelantagelser, blev foranstaltningerne i PhET og 3-PheOH forvandlet ved at tage den naturlige logaritme. For at lette fortolkningen, værdierne præsenteret i tabellerne var back-transformeret som geometriske middel til deres naturlige skala.

Analyse af 3-PheOH og PhET

Disse analyser blev udført i det væsentlige som beskrevet tidligere [15,16]. Blev foretaget visse tilpasninger i 3-PheOH assay til at rumme det store antal prøver. Assayet blev udført på 350 pi prøver af urin, ved anvendelse af plader med 96 brønde. Den første fast-fase-ekstraktion blev udført på en Isolute (Biotage) 400 mg understøttet væske-væske-ekstraktion plade med eluering med toluen. Prøverne blev yderligere oprenset på plader med 96 brønde indeholdende 30 mg per brønd kobberphthalocyanin Rayon, derefter silyleres og analyseret ved GC-elektron impact-MS som i det væsentlige tidligere beskrevet. Blandt blinde dobbeltprøver, var der en inter-batch CV på 12,2% for PhET og 19,7% for 3-PheOH. De intra-batch CV’er var 5,8% og 9,5% for de respektive metabolitter. Hver batch indeholdt omtrent det samme antal emner fra hvert køn og etnisk gruppe.

Genetiske Metoder

Vi genotypebestemmes i alt 2.418 nuværende rygere ved hjælp af Illumina Human1M-Duo BeadChip (1.199.187 SNPs), tidligere beskrevet andetsteds [6]. Vi imputeret også varianter i 1000 genomer Project (https://www.1000genomes.org/) hjælp SHAPEIT [17] og IMPUTE2 [18] med en kosmopolitisk henvisning panel med alle grupper inkluderet. Indsend imputering blev SNPs filtreret med en IMPUTE2 info score ≥0.30 og mindre allel frekvens (MAF) 1% i nogen MEC etnisk gruppe. For PhET og 3-PheOH, i alt 2225 og 2185 henholdsvis undersøgelsens deltagere med komplet genotype og fænotype data, og 11,892,802 SNPs /indels (1.131.426 genotypede og 10.761.376 imputeret) blev medtaget i de endelige analyser. Den GWAS analyser blev justeret for alder, køn, BMI, TNE, race og hovedkomponenter, med en p-værdi cut-off af 5×10

-8 for genom-dækkende betydning. Blandt regioner med flere globalt signifikante associationer vi brugte betingede modeller til at bestemme de førende loci. Vi udførte også etnisk-specifikke analyser at opdage befolkning specifikke loci betydning.

En

GSTT1

sletning polymorfi lykkedes genotype blandt 2.111 personer via TaqMan, ved hjælp af en pre-designet TaqMan

GSTT1

kopi nummer assay (Hs00010004), og køre på 7900HT Hurtig Real-Time System (Life Technologies, Foster City, CA). Kopier nummer tæller blev beregnet med Life Technologies CopyCaller v2.0 software.

For rygning variabler, mindst firkantede midler (eller geometriske midler) blev beregnet og sammenlignet mellem befolkninger, i dette tilfælde, kopier af

GSTT1

. R-kvadrerede værdier blev anvendt til at vurdere procentvise variabilitet i PhET og 3-PheOH tegnede sig for varianterne undersøgt.

Resultater

Karakteristik af forsøgspersonerne, hvis urin blev analyseret for 3-PheOH eller PhET, samt oplysninger om deres cigaretforbrug og TNE er opsummeret i tabel 1. Der var 331-709 emner pr etnisk gruppe, med gennemsnitlige aldre spænder fra 60-65 år, og BMI fra 24.4-26.9 kg /m

2 . Creatinin varierede fra et lavpunkt på 54 mg /dl i Whites til en høj på 89 mg /dl i afrikansk-amerikanere, og cigaretter om dagen fra et lavpunkt på 7,1 i Latinoer til en høj på 20 i hvide. TNE var lavest (27,2 nmol /ml) i japanske amerikanere og højeste (44,4 nmol /ml) i afroamerikanere. Alle egenskaber var signifikant forskellige mellem grupperne (P 0,0001).

Mænd røget signifikant flere cigaretter om dagen end kvinder i alle grupper undtagen afroamerikanere (p = 0,08). TNE var signifikant højere hos mænd end hos kvinder blandt afroamerikanere, hvide, og japanske amerikanere (p s = 0,01).

Korrelationer blandt 3-PheOH, PhET, TNE, total NNAL, SPMA, 3-HPMA og HMPMA er opsummeret i tabel 2, for hele gruppen og separat for hanner og hunner. Alle korrelationer var statistisk signifikante (de fleste med P 0,0001)

De stærkeste korrelationer i den samlede gruppe var mellem 3-PheOH og PhET (Pearsons r = 0,49-0,59)

på grund af de store forskelle i kreatinin niveauer blandt de grupper, blev metabolit niveauer udtrykt pr ml urin. Medianer og interkvartile intervaller for 3-PheOH og PhET er opsummeret i tabel 3. De højeste niveauer af 3-PheOH, 0,931 pmol /mL urin, blev fundet i afroamerikanere, og disse var signifikant højere (P 0,0001) end i Whites , 0,697 pmol /mL urin. De laveste niveauer af 3-PheOH blev 0,621 pmol /mL urin findes i japanske amerikanere og disse var betydeligt lavere end i hvide (P = 4.50×10

-3). Høje niveauer af PhET, 1,13 pmol /ml urin, blev også fundet i afrikanske amerikanere, og var betydeligt højere end i hvide (0,853 pmol /mL urin, P = 0,0001). PhET niveauer i japanske amerikanere var ikke signifikant forskellig fra dem i hvide. Når dikotomiseret efter køn, afroamerikanere havde højere niveauer af både 3-PheOH og PhET end hvide og japanske amerikanere havde lavere niveauer end hvide, og de fleste forskelle var signifikante.

Niveauer af 3-PheOH i urin af Latinoer var de samme som i Whites mens niveauerne i Native hawaiianerne var væsentligt lavere end i Whites (P = 0,0107). Niveauer af PhET i urinen af ​​Latinoer var betydeligt højere end i Whites (P 0,0001), mens de indfødte hawaiianerne var magen til hvide. Når dikotomiseret efter køn, de fleste af disse sammenligninger var ikke-signifikant eller borderline, undtagen PhET i Latino hunner, hvilket var betydeligt højere end i hvide (P = 7.00×10

-4).

Geometriske hjælp af 3-PheOH og PhET, udtrykt pr ml urin, er præsenteret i tabel 4. i model 1, korrigeret for alder, køn og BMI, afroamerikanere havde de højeste niveauer af både 3-PheOH og PhET og japanske amerikanere den laveste; disse niveauer var signifikant forskellige fra dem i hvide. I model 2, desuden justering for TNE blev lignende resultater opnået, bortset fra at de japanske amerikanernes 3-PheOH niveauerne var ikke signifikant forskellige fra dem i hvide, og deres PhET niveauer signifikant højere end hvide. Latinoer havde signifikant højere niveauer af 3-PheOH og PhET end hvide i begge modeller, mens Native hawaiianerne havde lavere niveauer end hvide, og disse var signifikant for 3-PheOH i Model 1. Supplerende justering for kreatinin i model 1 afskaffet signifikant forskel mellem afrikanske amerikanere og hvide i niveauerne af 3-PheOH og PhET (data ikke vist), på grund af de relativt høje kreatinin niveauer i afroamerikanere (tabel 1).

i GWAS analyser af 3-PheOH og PhET observerede vi mange tegn på inflation i teststørrelsen i den samlede multietniske prøve (λ = 1,0, S1 og S2 fig), eller i en enkelt etnisk gruppe (0,96 ≤ Å-s ≤ 1,0) til enten fænotype. I den samlede analyse for PhET, var der 408 globalt væsentlige varianter placeret mellem 24.2-24.4 Mb nær regionen

glutathion S-transferase T1

T2 Hotel (

GSTT1

og

GSTT2

) på kromosom 22q11 (S3 fig, S1 tabel). Der var tre andre sjældne globalt signifikante sammenhænge på kromosom 1, 6 og 14. kromosom 1-varianten er placeret i intron-området af en åben læseramme af genet

C1orf159

, 109 Mb fra

GSTM1

gen. Den kromosom 6 variant ligger inden gen

PPP1R14C

, et protein fosfatase gen involveret i proteinsyntese og metabolisme, og kromosom 14 variant er nær gen

TTC6 /FOXA1

. Da disse tre varianter er sjældne, fokuserer vi vores præsentation på globalt signifikante sammenhænge på kromosom 22 nær gener

GSTT1

GSTT2

.

Når de 408 globalt betydelige foreninger var betinget af,

GSTT1

sletning polymorfi, der forblev 262 globalt væsentlige varianter;

GSTT1

sletning ikke fuldt ud forklare foreningen med PhET (S2 ​​tabel).

GSTT1

sletning forklarer kun 2,2% af variationen i PhET, sammenlignet med den stærkeste association, rs5751777 (p = 1.8×10

-62), som på sin egen forklarer 7,7% af variationen i PhET . Sletningen allel, der er forbundet med væsentligt lavere PhET niveauer i den samlede gruppe (p = 3,4 x 10

-16), og i Native hawaiianerne, hvide og latinoer, varierer i hyppighed tværs befolkninger fra 0,40 i Latinoer til 0,66 i Japansk (tabel 5). De meget betydelige foreninger observeret ved 22q11 er delvist forklares ved

GSTT1

sletning (n = 2097; tabel 5). Gennem fremad valg regressionsanalyse (ved en tærskel på 1×10

-3) af de 262 varianter, forblev signifikant forbundet med PhET efter justering for

GSTT1

sletning polymorfi, vi identificeret 5 uafhængige varianter, herunder vores top forening rs5751777 (tabel 6). Tilsammen udgør disse 5 varianter forklarede 9,33% af variationen i PhET.

I etnisk specifik GWAS analyser for afroamerikanere var der 16 globalt væsentlige varianter på kromosom 22 nær

GSTT2

gen, for Latinoer var der 141 globalt væsentlige varianter, for japanske amerikanere var der 206 globalt væsentlige varianter, for både indfødte stenplatforme og hvide var der 59 globalt væsentlige varianter nær den

GSTT2

GSTTP1

gener (S4-S8 fig).

GSTT1

sletning polymorfi forklaret fra 0,1% af variationen i PhET blandt afroamerikanere til 5,7% af variationen i PhET blandt Latinoer (tabel 5). Forøgelse

GSTT1

kopiantal var signifikant forbundet med højere PhET niveauer (p = 3,4 x 10

-16) i den samlede gruppe, og i Native hawaiianerne, hvide, og Latinoer (tabel 5).

Der var ingen globalt betydelige varianter for enten den samlede eller etnisk specifikke analyser for 3-PheOH bruge vores genomisk grænse på p. 5×10

-8 (S2 fig)

diskussion

i tidligere analyser af tobaksrøg kræftfremkaldende og toksiske metabolitter i urinprøver fra MEC har vi observeret, at afroamerikanere havde de højeste tne niveauer og japanske amerikanere den laveste, begge er signifikant forskellig fra de mellemliggende niveauer i Whites [ ,,,0],5]. I overensstemmelse med disse observationer, afroamerikanere havde også de højeste niveauer af NNAL og dets glukuronider, metabolitter af tobak-specifikke lunge kræftfremkaldende NNK, mens japanske amerikanere havde den laveste, og disse var væsentligt forskellige fra dem i Whites [7]. Yderligere undersøgelser viste helt analoge resultater for

S

-phenylmercapturic syre, en metabolit af den flygtige stof, og det kræftfremkaldende stof benzen [14]. I undersøgelsen rapporteret her, har vi udvidet disse analyser til 3-PheOH og PhET, metabolitter af phenanthren, en repræsentant PAH. I overensstemmelse med tidligere undersøgelser, finder vi høje niveauer af 3-PheOH og PhET i afroamerikanere, og det laveste niveau af 3-PheOH i japanske amerikanere, og disse var væsentligt forskellige fra dem i hvide. Samlet set har disse resultater giver overbevisende dokumentation for, at udsættelse for repræsentative tobaksrøg kræftfremkaldende stoffer-NNK, benzen og PAH-er størst i afrikanske amerikanere, der er i størst risiko for lungekræft i MEC, og lavest i japanske amerikanere, ved laveste risiko for lungekræft. Således kan forskelle i kræftfremkaldende eksponering fra cigaretrøg blandt disse tre grupper i det mindste delvist forklare deres forskellige risici for lungekræft. Afroamerikanere ryger cigaretter forskelligt fra Whites, udvinde mere nikotin og flere kræftfremkaldende stoffer pr cigaret (tabel 1 og [5,7]). Dette er også i overensstemmelse med den observation, at blandt afroamerikanere, tid til første cigaret, når man vågner om morgenen er betydeligt kortere end i hvide [19]. Japanske amerikanere har et højere antal

CYP2A6

polymorfier associeret med lavere nikotin stofskifte end hvide, og derfor har brug for at få mindre nikotin pr cigaret og er derfor udsat til lavere mængder af andre giftstoffer og kræftfremkaldende stoffer end hvide [20], selvom herom var ikke så stærk i denne undersøgelse, måske på grund af andre ruter PAH eksponering i japanske amerikanere.

Hydroxyleret PAH såsom urin 3-PheOH og nært beslægtede forbindelsen 1-hydroxypyren accepteres biomarkører for PAH eksponering [21]. Disse enkle hydroxyleret PAH er metabolisk dannet af et cytochrom P450-katalyseret epoxidering af PAH ring efterfulgt af omlejring af epoxidet ( “NIH shift”) eller ved direkte oxidation af PAH ring [9,10]. Disse enkle metaboliske processer favorisere en direkte sammenhæng mellem PAH eksponering og niveau hydroxylerede metabolit i urin. Endvidere i tilfælde af phenanthren, er ca. 90% af dets udskilte metabolitter fundet i urin, baseret på undersøgelser i rotter [22]. Således urin 3-PheOH er en fremragende biomarkør for eksponering for phenanthren, en repræsentativ PAH nært beslægtet med kræftfremkaldende PAH, såsom benz [

en

] anthracen, chrysen, benzofluoranthenes, og benzo [

en

] pyren, der samtidig dannet under cigaretrygning ved forbrænding af tobak. Den NHANES undersøgelse af 3-PheOH rapporterede niveauer af dette urinmetabolit hos rygere, som er de samme som i vores undersøgelse [12]. Metabolismen vej, der fører til PhET er mere kompleks, og fortolkning af de resulterende data måske ikke være så ligetil [23]. Det indledningsvist dannede epoxid hydratiseres til en dihydrodiol, katalyseret af epoxidhydrolase. Denne dihydrodiol derefter yderligere oxideret til et dihydrodiol epoxid, som derefter undergår hydrolyse til dannelse af PhET. Som omtalt nedenfor, epoxiderne potentielt kan afgiftes ved glutathion

S

-transferases, som kunne påvirke PhET niveauer. For højere PAH såsom benzo [

en

] pyren, den samme sekvens af reaktioner resulterer i PhET fører til en større ultimative kræftfremkaldende, benzo [

en

] pyren-7,8-dihydrodiol- 9,10-epoxid (BPDE) [10,24,25]. Således kan PhET betragtes som en surrogat for PAH eksponering

plus

metabolisk aktivering, og niveauer af PhET i human urin korrelerer med de for tetraol afledt af BPDE [26]. På trods af disse kompleksiteter, udsættelse for phenanthren er en væsentlig drivkraft for PhET dannelse, som angivet af korrelationen mellem 3-PheOH og PhET (Pearsons r = 0,49-0,59).

Betydelig beviser favoriserer en betydelig rolle for PAH som årsager til lungekræft i cigaret rygere [27]. Flere PAH er blevet identificeret i cigaretrøg, og nogle af disse er stærke kræftfremkaldende, let fremkalde tumorer på stedet af ansøgningen, herunder lunge, samt på fjerne steder [11,28,29]. Subfraktioner af cigaretrøg kondensat beriget med PAH er tumor initiativtagerne på musehud, og kombinationen af ​​cigaretrøg PAH og tumor promotorer eller co-carcinogener delvist rekapitulerer den kræftfremkaldende aktivitet af cigaretrøg kondensat i mus huden eksperimenter [28]. Total niveauer af etablerede lunge kræftfremkaldende PAH i cigaretrøg er omkring 50-60 ng /cigaret, ligner niveauerne i lunge kræftfremkaldende NNK [27]. DNA addukter af BPDE er blevet identificeret i lungevæv fra nogle rygere, og reaktioner BPDE og andre PAH epoxid diol metabolitter med

p53

tumorsuppressorgenet producere addukter på de samme steder som vides at være mutationsmønstre hotspots i menneskelig lungekræft (selvom det samme mønster også er dannet af acrolein) [30-33].

Niveauer af 3-PheOH var signifikant lavere i Native stenplatforme end i hvide, hvilket er i overensstemmelse med tidligere observationer for TNE og total NNAL. Disse resultater antyder, at indtagelse af røgbestanddele i Native hawaiianerne er mindre end i hvide, på trods af det faktum, at de har større risiko for lungekræft. Vi har rapporteret imidlertid, at urin niveauer af acrolein biomarkør 3-HPMA var højest i Native hawaiianerne sammenlignet med de andre MEC grupper, hvilket antyder, at endogene processer relateret til lipidperoxidation måske spille en rolle i den relativt høj risiko for Native stenplatforme for lungekræft. Niveauer af PhET var signifikant højere i Latinoer end i hvide, og denne virkning blev begrænset til kvinder. Dette adskiller sig fra vores observationer med TNE og total NNAL, og kræver yderligere undersøgelse. Kollektivt, disse observationer tyder på, at der er faktorer, der påvirker lungekræft modtagelighed i Native hawaiianerne og Latinoer, der ikke er indregnet i vores metaboliske og genetiske undersøgelser til dato.

GWAS viste et signal forbundet med PhET på kromosom 22 nær

GSTT1

GSTT2

. Mens glutathion S-transferaser M1 (GSTM1), GSTP1 og GSTA1 er kendt for at katalysere afgiftning af diol-epoxider dannet ud fra forskellige PAH, er der meget, der tyder, at GSTT1 eller GSTT2 har aktivitet i afgiftning af PAH epoxider eller diol-epoxider, herunder dannet af phenanthren [34-39]. I det omfang en sådan aktivitet eksisterer, ville vi have forventet

lavere

niveauer af PhET i individer med begge kopier af

GSTT1

gen, fordi epoxidet diol forløber for PhET ville blive opfanget (figur 1 ), men i stedet vi observeret signifikant

højere

niveauer af PhET i individer med begge kopier af genet (tabel 5). Der er beviser fra nogle tidligere undersøgelser, at

GSTT1

sletning er beskyttende, hvilket ville være i overensstemmelse med vores overraskende observation af lavere PhET niveauer i null individer, men det kræver yderligere undersøgelse [40]. Tilsyneladende kan forholdet mellem GSTT1 og GSTT2 aktivitet til PhET niveauer være mere kompleks end hidtil antaget.

Sammenfattende resultaterne fra dette studie viser højere optagelse af kræftfremkaldende PAH, som det fremgår af urin 3-PheOH og PhET niveauer, i African American rygere end i hvide og lavere niveauer i japanske amerikanske rygere. Disse observationer er i overensstemmelse med vores tidligere undersøgelser, der påviser mønstre af nikotin, tobak-specifikke nitrosamin, og benzen optagelse i disse grupper, i overensstemmelse med deres forskellige risici for lungekræft. Relationerne PAH optagelse til risiko lungekræft i Native hawaiianerne og Latinoer synes at være mere kompliceret. Vi har også observeret kraftige effekter af

GSTT1

sletning og en

GSTT2

polymorfi på PhET niveauer, hvilket tyder på hidtil ukendte faktorer, der påvirker PAH diol epoxid metabolisk aktivering pathway.

Støtte Information

S1 fig. Fraktil-fraktil plot af observerede og forventede -log

10 transformerede p-værdier fra association mellem PhET niveauer og genotypede eller imputerede alleler fra den multietniske GWAS analyse

doi:. 10,1371 /journal.pone.0156203.s001

(JPG)

S2 fig.