Effect of prenatal bisphenol A exposure on childs obesity through epigenetic mechanism

Abstract

배경: 비스페놀 A는 폴리카보네이트와 같은 열가소성 플라스틱 제조 시 사용되며 전세계에서 가장 많이 쓰이는 화학물질 중 하나로 내분비교란물질로 알려져 있다. 산모의 비스페놀 A 노출이 소아 비만과 관련이 있다는 것은 많은 연구들을 통해 널리 알려져 있다. 이에 DNA 메틸레이션과 같은 후성유전학적 기전이 관여할 것이라는 가설이 제기되었으나 사람 연구에서 근거는 부족하다. 특히 비스페놀 A의 영향은 소아의 성별에 따라 다르다고 알려져 있는데 이와 관련한 후성유전학적 근거는 아직 찾아보기 어렵다.

목표: 본 연구에서는 산모의 비스페놀 노출 및 출생 후 비스페놀 A 노출에 따라 소아의 DNA 메틸레이션에 차이가 나는지 살펴보고, DNA 메틸레이션이 소아의 비만과 관련성이 있는지, 또 성별에 따라 그 영향이 다른지 분석하고자 하였다.

방법: 어린이 환경과 건강(EDC) 코호트에 참여하고 있는 59명의 소아에서 2세와 6세에 반복하여 전혈에서 Infinium HumanMethylation BeadChip을 이용한 전장유전체 수준의 DNA메틸레이션 분석을 시행하였다. 비만과 관련된 후성유전체 연관 분석 연구에 대한 문헌고찰을 통해 비만 관련 CpG site 594개를 선별하였다. 산모의 비스페놀 A 노출(80 백분위수 이상 vs. 80 백분위수 미만)에 따라 자녀의 2세 및 6세 전혈 시료 중 594개의 CpG site의 DNA 메틸레이션 수준에 차이가 나는지 분석하였다. 또한 출생 후 2, 4, 6세 시의 비스페놀 A 노출이 2세 및 6세 DNA 메틸레이션에 영향을 주는지 분석하였다. 다음으로 산모의 비스페놀 A 노출과 연관된 CpG site의 DNA 메틸레이션 수준이 소아의 2, 4, 6, 8세 시의 체질량지수(BMI, BMI Z-score)와 관련이 있는지 분석하였다.

결과: 2세 소아 전혈 시료에서 산모의 비스페놀 A 고노출군에서 저노출군에 비해 인슐린 유사 성장인자 2 수용체(IGF2R)의 코딩부위인 cg19196862의 메틸레이션 수준이 더 높았다(p-value 0.00030, 위발견율(FDR) 보정 p-value <0.05). 6세에서는 이와 같은 차이가 발견되지 않았다. 2세와 6세 DNA methylation은 출생 후 2, 4, 6세 시의 비스페놀 A 노출 수준과 관련이 없었다. 2세에서 cg19196862의 메틸레이션 수준의 1 표준편차(SD) 증가 시 소아의 2, 4, 6, 8세의 BMI Z-score는 다음과 같아 연령 증가에도 지속적으로 체질량 지수에 영향을 미치는 것으로 나타났다: 2세 0.253 (95% 유의수준(CI); 0.050, 0.456), 4세 0.243 (95% CI; 0.030, 0.455), 6세 0.251 (95% CI; 0.030, 0.472), 8세 0.322 (95% CI; 0.034, 0.610). 성별에 따라 층화분석했을 경우 남아에서는 cg19196862의 메틸레이션에 따른 BMI Z-score의 변화가 유의하지 않았고 여아에서만 유의하였으며 성별간 차이는 유의했다.

결론: 산모의 비스페놀 A 노출은 자녀의 혈중 IGF2R 유전자의 메틸레이션에 영향을 줄 가능성이 있으며 이 영향은 6세가 아닌 2세에서 나타나 자녀가 더 어릴 때 후성유전학적 영향을 미치는 것으로 보인다. 출생 후 비스페놀 A는 594개의 CpG site에서 DNA 메틸레이션에 영향을 주지 않아 출생 전 노출이 더 중요함을 시사한다. 또한 2세 소아의 IGF2R 유전자의 메틸레이션 변화는 4세, 6세, 8세까지 지속적으로 체질량지수에 영향을 미쳐 영유아에서 후성유전학적 변화가 학령전기 및 학령기까지 체질량지수에 영향을 미칠 수 있음을 시사한다.

BACKGROUND: In utero exposure to bisphenol A (BPA) has been indicated as an obesogen in children, and epigenetic regulations have been suggested as underlying mechanisms with limited evidence in humans. OBJECTIVES: Differentially methylated CpG sites by prenatal BPA exposure were identified and evaluated for their association with DNA methylation and obesity in children by candidate gene analysis. METHODS: DNA methylation profiles were investigated in whole blood from 59 children at ages 2 and 6 years longitudinally by Infinium HumanMethylation BeadChip, who are participating in Environment and Development in Children cohort study. Among 594 CpG sites reported from previous obesity–related epigenome-wide association studies, differentially methylated CpG sites by prenatal and postnatal BPA exposure (<80 vs. ≥80 percentile) were identified. Differentially methylated CpG sites were then tested for the associations with body mass index (BMI) and BMI Z-score at ages 2, 4, 6, and 8 years in linear regression models after adjusting for several covariates. RESULTS: Methylation at cg19196862, located at the 31st exon of insulin-like growth factor 2 receptor (IGF2R) gene, differed by prenatal BPA exposure at age 2 (p-value 0.00030, false discovery rate corrected p-value <0.05) but not at age 6, and was positively associated with BMI Z-score at ages 2, 4, 6, and 8 years old. With 1 standard deviation increase of methylation at cg19196862, BMI Z-score increased by 0.253 (95% confidence interval (CI); 0.050, 0.456), 0.243 (95% CI; 0.030, 0.455), 0.251 (95% CI; 0.030, 0.472), and 0.322 (95% CI; 0.034, 0.610) at ages 2, 4, 6, and 8, respectively. DNA methylation levels at 594 CpG sites at age 2 and 6 were not associated with postnatal exposure to BPA at ages 2, 4, and 6. CONCLUSION: Prenatal exposure to BPA may influence differential methylation of IGF2R at age 2, which could persistently affect BMI in children up to 8 years old. Prenatal exposure to BPA did not affect DNA methylation at age 6, which implies that prenatal BPA exposure may be more influential in earlier childhood. DNA methylation at 594 CpG sites were not different by postnatal exposure to BPA at ages 2, 4, and 6 years, suggesting that prenatal BPA exposure may be more important than postnatal exposure.