甲醛是一种致癌物质，也被人体用来调节我们的基因

甲醛是一种在建筑材料、地毯、汽车尾气、香烟烟雾甚至永久性印刷服装中发现的毒素和致癌物质，在人体中起着重要作用——这可能解释了为什么这种化学物质会导致癌症。

在本月发表在《 科学》杂志上的一项研究中，来自加州大学伯克利分校和英国牛津大学的研究人员报告说，甲醛是DNA甲基化的抑制剂，DNA甲基化是甲基（CH₃）基团与DNA的酶促连接，这是人体最常见的表观遗传方式之一关闭或打开基因。

该研究提供了第一个证据，证明科学家最近才发现甲醛是由人体少量产生的，实际上被人体用来调节表观遗传变化，这表明，过量的甲醛可能会抑制身体阻止某些基因表达或过度表达的尝试。

先前的研究表明，大量的甲醛通过引起交联而使DNA失效，但它并不能解释少量甲醛的毒性。

“人们没有在体内寻找甲醛，因为他们只考虑甲醛对环境的影响。但它是自然在我们每一个细胞内产生的，“该研究的资深作者、加州大学伯克利分校化学、分子和细胞生物学教授Christopher Chang说。“我们研究的更广泛意义是，它为甲醛如何成为致癌物提供了一种生化机制。我们知道吸烟对你有害，污染对你有害，部分原因是甲醛。我们发现，如果你改变你身体的内部甲醛水平，这也会改变你的表观遗传学，然后可以重新编程癌症。

Chang和他的实验室团队开始探索甲醛（化学式CH₂O）等单碳原子的作用，因为它被发现在体内产生。

“在我们自己的身体里制造一堆甲醛似乎是一个非常糟糕的主意。但显然在进化中，我们已经守恒了它，“Chang说，他是化学学院1942届的主席，也是劳伦斯伯克利国家实验室的教师科学家。“我们感到乐观，认为你自己的身体一定有一个很好的理由，因为如果它对你不利，大自然就不会把它放在那里。我认为它最终会像活性氧或一氧化氮一样，其中非常少量的物质对身体非常有用。但是，当然，太多的好事对你来说可能是坏事。

他与牛津大学的Ketan Patel领导的一个小组合作，通过观察小鼠细胞中产生的蛋白质或蛋白质组的变化来研究甲醛在调节基因活性中的作用。六年前，Chang和Patel合作进行了一项研究，该研究表明，当缺乏解毒甲醛基因的小鼠被喂食富含叶酸的饮食时，叶酸会代谢成甲醛，它们的癌症发病率会增加。

“我们使用化学蛋白质组学方法来确定甲醛的内部生化目标是什么，”Chang说。“我们发现了这个非常有趣的途径，甲醛调节了一整类称为一碳代谢的生物化学。

具体来说，他们发现甲醛抑制了一种产生另一种单碳分子S-腺苷甲硫氨酸的酶，S-腺苷甲硫氨酸是附着在DNA上以改变特定基因表达的甲基的来源。

“S-腺苷甲硫氨酸是一种甲基供体，因此它将甲基 – 单碳单元 – 连接到细胞中的基本所有东西上，”Chang说。“但它所做的最重要的事情之一就是它把它附着在你的DNA上。所以甲醛直接导致表观遗传变化。

Chang和他的同事们现在正在寻找体内甲醛含量高的生物标志物，这些生物标志物可以警告癌症风险增加。这些生物标志物更有可能是甲醛诱导的蛋白质组变化，因为体内甲醛含量非常低，很难检测到化学物质。

“你可以做一个非常简单的点刺测试，有点像糖尿病患者使用的葡萄糖测试，”他说。“我认为这就是我们要去的地方。它可以告诉你，低叶酸饮食可能对你有好处，或者你应该注意环境暴露。

研究人员还在调查体内甲醛含量的增加是否会导致衰老。

Chang指出，众所周知，甲醛会影响更简单的生物体（如细菌）的生长，这意味着这种化学物质在生命中的作用可以追溯到我们进化历史的早期。

“当你想到一碳代谢时，它一直延伸到最简单的细菌和生命的起源，”他说。“现在，我们在自己的细胞中制造了同样的一碳分子。因此，就进化生物学而言，其影响是相当广泛的。

该研究主要由美国国立卫生研究院（ES28096，ES4705）支持。

加州大学伯克利分校化学系的两名研究生Vanha Pham和Kevin Bruemmer对这项研究做出了同样的贡献。其他合著者是加州大学伯克利分校营养科学和毒理学教授Daniel Nomura，以及加州大学伯克利分校创新基因组学研究所以及西班牙和阿根廷研究所的研究人员。

相关信息

• 甲醛调节S-腺苷甲硫氨酸的生物合成和一碳代谢（科学）
• Christopher Chang 的实验室网站
• ACS Publications 任命 Chris Chang 为下一任《化学研究账户》主编（2023 年 11 月）
• 科学家发现引发胰腺癌转移的触发因素（2022 年 6 月）