Ex) Article Title, Author, Keywords
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J Environ Health Sci. 2021; 47(6): 530-539
Published online December 31, 2021 https://doi.org/10.5668/JEHS.2021.47.6.530
Copyright © The Korean Society of Environmental Health.
Ulziikhishig Surenbaatar1 , Byoung-Gwon Kim1
, Hyun-Jin Son1
, Seong-Sik Cho2
, Gwon-Min Kim3,4
, Hyoun-Ju Lim3
, Jung-Yeon Kwon1
, Ki-Hwan Kim5
, Young-Seoub Hong1,3*
울지1, 김병권1, 손현진1, 조성식2, 김권민3,4, 임현주3, 권정연1, 김기환5, 홍영습1,3*
Correspondence to:Department of Preventive Medicine, College of Medicine, Dong-A University, 32, Daesin gongwon-ro, Seo-gu, Busan 49201, Republic of Korea
Tel: +82-51-240-2888
Fax: +82-51-253-5729
E-mail: yshong@dau.ac.kr
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ㆍ Consumption of locally produced rice was associated with urinary inorganic As exposure.
ㆍ Seafood consumption was associated with urinary organic As exposure.
ㆍ Individuals heterozygous in the MTHFR A222V had higher urinary arsenic species concentrations.
ㆍ Individuals heterozygous in the GSTO1 A140D had higher urinary MMA and DMA concentrations.
Background: In South Korea, areas around abandoned metal mines are designated as regions with high arsenic (As) contamination. However, studies assessing urinary As exposure, As metabolism, and relevant genetic polymorphisms in residents of these metal mine areas are lacking.
Objectives: To identify factors associated with As exposure and evaluate the effects of MTHFR, As3MT, and GSTO1 genetic polymorphisms on As metabolism in residents of abandoned metal mine areas by measuring urinary As species.
Methods: Urinary As species (arsenite [As3+], arsenate [As5+], monomethyl arsonic acid, and dimethylarsinic acid) were isolated using high-performance liquid chromatography in combination with inductively coupled plasma mass spectrometry (HPLC-ICP-MS). Four genetic polymorphisms (MTHFR A222V, MTHFR E429A, GSTO1 A140D, As3MT M287T) were analyzed in 144 residents of four areas around abandoned metal mines.
Results: The study sample was comprised of 34.7% men and 65.3% women, with a mean age of 70.7±10.9 years. The urinary inorganic As concentration was higher among those consuming more than half locally produced rice (0.31 μg/L) than those consuming less than half such rice (0.18 μg/L). The urinary dimethylarsinic acid concentration was higher in the group that had consumed seafood in the past day (31.68 μg/L) than in those who had not (22.37 μg/L). Furthermore, individuals heterozygous in the MTHFR A222V and GSTO1 A140D polymorphism had higher urinary arsenic species concentrations than did individuals with a wild type or homozygous for the variant allele.
Conclusions: Consumption of locally produced rice was associated with inorganic As exposure, whereas seafood consumption was associated with organic As exposure among residents of abandoned metal mine areas. There was no clear association between MTHFR A222V and GSTO1 A140D polymorphisms and As metabolism.
KeywordsUrinary arsenic speciation, genetic polymorphisms, MTHFR, As3MT, GST01, abandoned metal mine
비소는 환경 및 생태계에서 무기비소, 유기비소의 다양한 형태로 존재하며 그 형태에 따라 독성은 다양하게 나타난다.1) 무기비소는 환경 중에 널리 분포하는 주요 환경오염물질이며,2) 275가지 유해 환경오염물질 가운데 인체위해도가 높은 물질 중 하나이며 공중보건학적인 중요성이 높다.3)
무기비소의 주요 노출원은 비소에 오염된 물과 오염된 토양에서 재배된 쌀 등 농작물이며 유기비소의 경우 비소 함유량이 비교적 높은 어패류와 해조류 등의 식품의 섭취로 인해 주로 소화기계를 통해 노출된다. 특히 비소는 경구 섭취하였을 때, 소화관에서의 흡수율이 다른 중금속과는 달리 90% 정도로 매우 높다.4-6)
환경 중 무기비소는 인체 노출 흡수 후 위장관에서 arsenite (As3+), arsenate (As5+)로 빠르게 흡수된다. 이들은 인체 내에서 비소의 생체변형(biotransformation)이 일어나고 arsenate (As5+)가 inosine이나 thiol compound에 의해 arsenite (As3+)로 환원된다. 대부분의 arsenite (As3+)는 간에서 methylation 작용으로 monomethylarsonic acid (MMA)을 경유하여 dimethylarsinic acid (DMA)로 대사된다7-9)(Fig. 1). 일반적으로 3가 비소화합물이 5가 비소화합물보다 독성이 더 높으며10) 그 중에 MMA3+이 독성이 가장 강한 중간체이다.11,12)
비소 대사에 관여하는 주요 효소는 Purine nucleoside phosphorylase (PNP), 비소 메틸전달 효소(arsenic methyltransferase,
비소에 노출 시 고혈압, 당뇨, 비만, 고중성지방, 대사증후군 등 만성질환 뿐만 아니라 피부암, 폐암 및 방광암 발생과 상당한 연관성이 있다고 보고되고 있어 비소 노출은 전세계적으로 매우 중요한 공중 보건 문제이다.4) 그럼에도 불구하고 비소가 인체에 영향을 미치는 발암 기전, 질병영향 및 인체 영향 수준에 대해서는 아직까지 명확히 규명되지 않아 많은 연구가 필요하다. 국외에서는 요 중 비소 노출 평가 및 비소 대사산물 패턴에 유전자 다형성이 미치는 영향에 관한 연구가 다수 수행되고 있으나, 국내에서는 이에 대한 연구가 매우 미흡한 실정이다.
폐금속광산 지역은 환경오염 취약지역으로 비소 오염도가 가장 높은 지역으로 분류된다. 본 연구는 폐금속광산 지역 주민을 대상으로 요 중 비소 종 농도를 측정하여 관련 노출 요인 및
2007년 환경부가 실시한 폐금속광산 예비 주민건강영향조사에서 중금속 오염도가 높게 나타난 폐금속광산 지역 중 4개의 폐금속광산 지역을 선정하여 각 지역별 30명을 목표로 모집하였다.
1차년도에 2개 마을의 79명, 2차년도에 역시 2개 마을의 65명을 모집하여 총 144명을 대상으로 조사하였다. 설문조사는 인구학적 및 사회∙경제적 특성, 중금속 취급 직업력 및 광산 관련 직업력, 흡연 및 음주력, 중금속 노출과 관련된 식이습관 등으로 구성된 국립환경과학원의 표준화 설문지를 사용하였다.
요 중 비소 화학종은 Arsenite (As3+), Arsenate (As5+), Monomethyl arsonic acid (MMA), Dimethylarsinic acid (DMA)로 분리하여 분석하였다. 본 연구에서 As3+와 As5+의 합을 무기비소(inorganic arsenic (iAs))로, MMA와 DMA의 합을 유기비소(organic arsenic)로, As3+, As5+, MMA, DMA의 합을 총 비소(sumAs)로 각각 조작적 정의하였다.
전혈 시료는 항응고제(EDTA)가 포함되어 있는 혈액채취용기(Vacutainer royal blue cap)에 채취하였으며 혈액시료는 응고되는 것을 막기 위해 부드럽게 위 아래로 8∼10회 섞어준 뒤 롤믹서(Roll mixer)에서 혼합하여 분석 전까지 –70°C에 보관하였다. 요 시료는 일시뇨로 전용 Urine cup (Polypropylene)을 사용하여 중간뇨를 직접 받도록 설명하여 10 mL 이상 채취한 뒤, 검사기관으로 이송 전까지 4°C에 보관하였다. 요 중 비소 종 분리 분석을 위해 전용 Conical tube (15 mL, Polypropylene)에 5 mL씩 분주하여 분석 시까지 –70°C인 초저온냉동고에 보관하였다.
유전체 DNA는 HiGeneTM Genomic DNA추출 키트(Biofact, 대전, 한국)를 사용하여 혈액 샘플 전체로부터 분리됐다. 시퀀싱 전에, DNA는 95°C에서 15분 변성, 95°C에서 30초 변성의 32사이클, 50°C (Ta)에서 30초 어닐링, 72°C에서 30초 신장, 마지막으로 72°C에서 3분 신장 등의 PCR 조건을 이용하여 개발한 프라이머로 증폭하였다(Table 1). PRIMER 3 버전 0.4.0을 이용하여 프라이머를 설계하였다.
Table 1 PCR primer pairs and sequencing primer pairs
Purpose | Name | Sequence 5' to 3' | Mer | Ta (°C)* |
---|---|---|---|---|
PCR | GAGGCTGACCTGAAGCACTTG | 21 | 56 | |
PCR, sequencing | GTGGGGTGGAGGGAGCTTAT | 20 | ||
PCR, sequencing | ATTCCTCTTCCCCTGCCTTTG | 21 | 56 | |
PCR | TCCCCACTCCAGCATCACTC | 20 | ||
PCR, sequencing | GGGGGCCGATACAGTTAGC | 19 | 56 | |
PCR | AGCAAGCCCATGACAAAGTCT | 21 | ||
PCR, sequencing | GAGTGCTGGAGATGAACCGTGA | 22 | 56 | |
PCR | GGGCAAGAGCAGAAAGAATACCAGA | 25 |
*Ta is annealing temperature.
PCR은 30 ng의 DNA 주형, 10 mM의 dNTP, 10배의 반응용 완충액, 순방향 및 역방향 프라이머 각 10 pM, 5U HAN Taq 중합효소로 구성된 총 20 μL의 반응 용액에서 수행하였으며(HanLab, 서울, 한국) 나머지는 증류수로 채워졌다. 그런 다음 각 PCR 제품은 0.5배의 TBE 완충액에서 EtBr로 염색된 1%의 아가로스 젤 위에서 전기 영동 처리하였다.
비소화학종 농도 분리 정량을 위해, 요 시료는 0.45 µm 필터로 불순물 제거 후 탈이온수로 10배 희석하였다. Hamilton PRP X-100 column이 장착된 LC/ICP-MS (Agilent Technologies 1,260 series High-Performance Liquid Chromatography/7,700 series Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer, Agilent, Santa Clara, CA, USA) 장비를 이용하여 As3+, As5+, MMA, DMA의 4개 비소종을 정량 분석하였다. As3+, As5+, MMA, DMA 그리고 standard 시료(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하여 Calibration curves을 작성하였고 2개 표준물질(Standard Reference Material 2,669, The National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA; Certified Reference Material No. 18, National Institute for Environmental Studies, Onogawa, Tsukuba, Japan)를 이용하여 정확성을 확인하였다. 외부 질 보증은 Friedrich-Alexander University에서 운영하는 German External Quality Assessment Scheme (G-EQUAS)의 Quality Assurance Program에서 인증을 받았다.16)
통계 분석은 R 통계 패키지를 이용하였다. 요 중 비소 종 농도가 오른 쪽으로 치우친 분포를 보여 자연 로그 변환 후 기하평균(GM), 95% 신뢰구간(95% CI)을 사용하였다. 대상자의 일반적특성 및 유전자형에 따른 요 중 비소 종 농도를 비교하는 데 있어 t-검정(t-test) 및 분산분석(Analysis of variance, ANOVA)을 실시하였다. 모든 검정은 유의수준 5% 미만에서 실시되었다.
대상자들의 일반적 특성은 Table 2와 같다. 성별은 34.7%은 남성, 65.3%은 여성이었으며 평균 연령은 70.7±10.9세로, 70세 이하인 군이 48.6%, 70세 이상인 군이 51.4%를 차지하였다. 주 식수원으로는 지하수나 간이상수도를 음용하는 대상자가 69.2%를 차지하고 있었다. 거주 지역 내에서 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 45.8%, 최근 1일 내 해산물을 섭취한 대상자가 40.3%였다.
Table 2 Study subject general characteristics
Characteristics | Total n (%) | |
---|---|---|
Total | 144 (100) | |
Age* | Mean±SD | 70.7±10.9 |
<70 | 70 (48.6) | |
≥70 | 74 (51.4) | |
BMI (kg/m²)* | Mean±SD | 24.4±3.44 |
<25 | 87 (60.4) | |
≥25 | 57 (39.6) | |
Month income (₩10,000) | No response | 19 (15.8) |
<50 | 73 (60.8) | |
50~<200 | 13 (10.8) | |
≥200 | 15 (12.5) | |
Smoking status | Current smoker | 17 (11.8) |
Former | 20 (13.9) | |
Never | 107 (74.3) | |
Drinking status | Current | 52 (36.1) |
Former | 22 (15.3) | |
Never | 70 (48.6) | |
Drink water | Ground water | 99 (69.2) |
Other | 44 (30.8) | |
Mining work experience | Yes | 14 (9.7) |
No | 130 (90.3) | |
Pesticide | Yes | 90 (62.5) |
No | 54 (37.5) | |
Intake of locally grown rice | More than half | 66 (45.8) |
Less than half | 78 (54.2) | |
Intake of seafood in last one day | Yes | 58 (40.3) |
No | 86 (59.7) | |
CC | 47 (34.8) | |
CT | 39 (28.9) | |
TT | 49 (36.3) | |
AA | 116 (81.1) | |
AC | 24 (16.8) | |
CC | 3 (2.1) | |
C/C | 100 (70.4) | |
C/A | 22 (15.5) | |
A/A | 20 (14.1) | |
T/T | 134 (96.4) | |
T/C | 1 (0.7) | |
C/C | 4 (2.9) |
SD: Standard deviation, *Cut point is median value of this variable.
대상자의 일반적 특성에 따른 요 중 비소 농도는 Table 3과 같다. 성별로는 모든 비소 종 농도가 남성이 여성에 비해 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다. 연령에 따른 요중 비소 종 농도는 통계적으로 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 가정의 주 식수로 지하수를 이용하는 군의 무기비소는 그 외의 식수를 이용하는 군과 농도 차이가 관찰되지 않았다. 반면 MMA와 DMA가 지하수를 이용하는 군이 그 외의 식수를 이용하는 군에 비해 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다. 무기비소의 경우 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 경우 0.31 (0.22~0.45) μg/L로서 절반 미만을 섭취하는 군 0.18 (0.13~0.26) μg/L에 비해 통계적으로 유의하게 높았으며 MMA와 DMA의 경우도 역시 각각 0.62 (0.37~1.00) μg/L, 35.08 (27.69~44.11) μg/L로서 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 절반 미만 섭취하는 군의 MMA 0.24 (0.14~0.41) μg/L 및 DMA 17.47 (13.67~22.92) μg/L에 비해서 유의하게 높은 농도로 관찰되었다. 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 DMA 농도가 31.68 (23.47~42.96) μg/L로서 해산물을 섭취하지 않은 군 22.37 (18.14~22.88) μg/L에 비해서 통계적으로 유의하게 높았다.
Table 3 Urinary arsenic species concentration by subject characteristics (μg/L)
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | ||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | ||||
Gender | |||||||
Male (n=50) | 0.29 (0.19~0.44) | 0.52 (0.27~0.95) | 31.14 (22.77~42.35) | 33.65 (24.60~45.68) | |||
Female (n=94) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.36 (0.24~0.55) | 23.25 (18.80~28.75) | 25.09 (20.32~30.89) | |||
Age | |||||||
<70 (n=70) | 0.26 (0.19~0.38) | 0.38 (0.22~0.67) | 31.12 (23.90~39.53) | 33.35 (25.56~42.36) | |||
≥70 (n=74) | 0.24 (0.17~0.33) | 0.43 (0.26~0.68) | 21.50 (16.80~27.05) | 23.38 (18.27~29.44) | |||
BMI | |||||||
<25 (n=87) | 0.25 (0.18~0.36) | 0.39 (0.24~0.60) | 23.79 (19.08~29.36) | 25.68 (20.62~31.62) | |||
≥25 (n=57) | 0.24 (0.17~0.35) | 0.44 (0.24~0.81) | 29.01 (20.80~39.25) | 31.33 (22.63~42.13) | |||
Smoking status | |||||||
Current (n=17) | 0.37 (0.17~0.78) | 0.37 (0.13~1.09) | 20.62 (11.61~35.36) | 22.47 (12.55~38.33) | |||
Former (n=20) | 0.18 (0.10~0.33) | 0.39 (0.13~1.23) | 28.35 (17.65~44.33) | 30.23 (18.18~48.13) | |||
Never (n=107) | 0.25 (0.19~0.33) | 0.41 (0.27~0.62) | 26.18 (21.31~31.95) | 28.29 (23.16~34.47) | |||
Drinking status | |||||||
Current (n=52) | 0.20 (0.14~0.29) | 0.32 (0.18~0.58) | 24.54 (18.45~31.93) | 26.10 (19.58~33.92) | |||
Former (n=22) | 0.29 (0.16~0.54) | 0.83 (0.36~1.93) | 23.91 (14.13~39.66) | 26.83 (16.12~44.14) | |||
Never (n=70) | 0.28 (0.19~0.39) | 0.39 (0.24~0.65) | 27.28 (21.35~35.67) | 29.43 (23.04~38.39) | |||
Drink water | |||||||
Ground water (n=99) | 0.24 (0.18~0.33) | 0.50 (0.33~0.76) | 27.23 (21.96~33.44) | 29.48 (23.76~36.22) | |||
Other (n=44) | 0.25 (0.17~0.41) | 0.27 (0.14~0.54) | 22.65 (16.11~32.06) | 24.31 (17.30~34.07) | |||
Mining work experience | |||||||
Yes (n=14) | 0.21 (0.10~0.48) | 0.26 (0.07~1.02) | 17.67 (9.68~32.49) | 19.50 (10.56~35.47) | |||
No (n=130) | 0.25 (0.20~0.33) | 0.43 (0.28~0.62) | 26.80 (22.18~32.12) | 28.86 (23.92~34.55) | |||
Pesticide | |||||||
Yes (n=90) | 0.29 (0.22~0.41)* | 0.47 (0.29~0.73) | 25.99 (21.28~32.21) | 28.20 (23.12~34.87) | |||
No (n=54) | 0.18 (0.13~0.27) | 0.32 (0.17~0.57) | 25.31 (18.54~33.94) | 27.11 (19.94~35.99) | |||
Intake of locally grown rice | |||||||
Less than half (n=64) | 0.18 (0.13~0.26)*** | 0.24 (0.14~0.41)*** | 17.47 (13.67~22.92)*** | 18.81 (14.74~24.58)*** | |||
More than half (n=80) | 0.31 (0.22~0.45) | 0.62 (0.37~1.00) | 35.08 (27.69~44.11) | 37.96 (29.96~47.70) | |||
Intake of seafood | |||||||
Yes (n=58) | 0.20 (0.14~0.30) | 0.34 (0.18~0.66) | 31.68 (23.47~42.96)* | 33.24 (24.43~45.13)* | |||
No (n=86) | 0.29 (0.21~0.39) | 0.46 (0.29~0.72) | 22.37 (18.14~22.88) | 24.62 (19.91~30.44) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
유전자형에 따른 요 중 비소 종별 농도가 Table 4에 제시되어 있다.
Table 4 Urinary arsenic species concentration by genotype (μg/L)
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | |||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | |||||
MTHFR A222V | ||||||||
CC (n=47) | 0.27 (0.18~0.41)*** | ab | 0.35 (0.19~0.67)*** | b | 23.77 (17.57~32.72)*** | ab | 25.68 (19.12~34.93)*** | ab |
CT (n=39) | 0.33 (0.19~0.58) | a | 0.79 (0.40~1.61) | a | 48.47 (37.91~61.27) | a | 52.72 (41.75~65.97) | a |
TT (n=49) | 0.17 (0.12~0.25) | b | 0.25 (0.15~0.45) | b | 16.39 (12.15~22.08) | b | 17.57 (13.02~23.77) | b |
MTHFR E429A | ||||||||
AA (n=116) | 0.24 (0.18~0.31)* | 0.40 (0.27~0.60) | 23.59 (19.22~29.06) | 25.45 (20.85~31.45) | ||||
AC+CC (n=27) | 0.30 (0.17~0.57) | 0.42 (0.17~1.07) | 37.25 (27.52~50.40) | 40.38 (29.68~54.58) | ||||
GSTO1 A140D | ||||||||
C/C (n=100) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.41 (0.26~0.63)** | ab | 26.52 (21.18~32.48)** | ab | 28.60 (23.00~34.94)** | ab | |
C/A (n=22) | 0.35 (0.18~0.70) | 0.61 (0.19~1.64) | a | 42.10 (28.73~58.90) | a | 45.95 (31.49~64.38) | a | |
A/A (n=20) | 0.26 (0.14~0.49) | 0.21 (0.09~0.51) | b | 13.57 (9.16~20.73) | b | 14.53 (9.69~22.47) | b | |
As3MT M287T | ||||||||
T/T (n=134) | 0.24 (0.19~0.31) | 0.42 (0.29~0.64) | 25.87 (21.50~31.03) | 27.92 (23.20~33.53) | ||||
T/C (n=1) | 2.85 (0.00~0.00) | 0.04 (0.00~0.00) | 10.96 (0.00~0.00) | 13.86 (0.00~0.00) | ||||
C/C (n=4) | 0.15 (0.08~0.59) | 0.28 (0.03~2.75) | 10.20 (2.70~54.58) | 11.03 (2.81~59.31) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test; abc, Bonferroni post-hoc grouping; estimates with the same letter are not significantly different.
*p<0.05, **p<0.01, ***p <0 .001.
본 연구에서 폐금속광산 지역 주민의 요 중 비소 종 농도 측정 및 인체 비소 대사와 관련된 유전자 다형성에 대한 분석을 하였으며 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 경우 절반 미만을 섭취하는 군에 비하여 요 중 무기비소 농도가 높았다. 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 요 중 DMA 농도가 해산물을 섭취하지 않은 군에 비하여 높은 결과를 보였다.
다양한 인구 집단에서 요 중 비소 대사 산물의 비율은 비소 노출 수준과 상관 없이 일반적으로 10~30%를 iAs, 10~20%를 MMA, 60~80%를 DMA가 차지한다.17) 그러나 개인 및 인구 집단 간의 요 중 비소 패턴은 상당한 차이가 있다. 특히 DMA는 지배적인 메틸화 비소 종으로 간주된다.18) 그럼에도 불구하고 한국인들은 해산물 섭취가 다소 높기 때문에 요 중 DMA 비율이 더 높은 편이다.19) 본 연구에서 요 중 비소 대사 산물의 비율 순서는 %DMA>%MMA>%iAs이었다. 일부 연구에서는 음용수를 통해 비소 노출 후 배출된 주요 비소 대사 산물이 %DMA>%iAs>%MMA 순이었다.20,21) 본 연구에서 요 중 비소 대사 산물의 평균 비율이 iAs-2.58%, MMA-4.49%, DMA-92.93%이었다.
체질량지수는 비만 및 영양 상태를 나타내는 지표로서 비소 대사에 영향을 미칠 수 있다. BMI와 비소 메틸화 효율 간의 상관성을 평가한 연구에서 BMI가 증가할수록 %MMA가 감소한 것을 확인하였다.22) 그러나 본 연구에서는 BMI와 요 중 비소 종 농도의 연관성을 확인하지 못하였다. 많은 선행 연구들에서 성별, 연령, 체질량지수가 비소 대사에 영향을 미친다는 것을 보고하였지만 본 연구에서는 연관성을 확인하지 못한 것은 대상자 수가 적기 때문일 수 있으며 추후 대규모 대상자로 연구할 필요성이 있다.
무기비소의 노출은 주로 식습관과 식수를 통해 발생하며 저농도의 비소오염 식수는 무기비소 노출의 중요한 원인이 될 수 있다. Chang 등23) 의 연구에서 오염된 일부 폐광산지역 주민을 대상으로 요 중 비소 종분리 분석한 연구에서 무기비소 기하평균이 상수도 공급 시행 전 23.13 μg/L이었으며, 상수도 공급 시행 후 1.70 μg/L로 대폭 감소한 것으로 보고하였다. 또한 거주 지역 내에서 생산된 쌀을 섭취하는 군의 요 중 총 비소 농도가 높았다.23) 폐광산 지역에서 실시한 다른 연구에서도 무기비소의 노출 요인으로 음용수의 비소오염 및 지역 내에서 생산된 쌀을 섭취하는 것을 들었으며19,24,25) 본 연구에서도 지역 내에서 생산된 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 절반 미만을 섭취하는 군에 비하여 요 중 무기비소 농도가 유의하게 높은 것으로 확인되었다. 따라서 오염지역의 식수와 농산물을 섭취하는 폐금속광산지역이 비소노출의 취약지역임을 알 수 있으며 폐금속광산지역 주민의 비소노출에 대한 지속적인 건강영향 관리체계의 구축이 필요하다.
한국인은 해산물 섭취량이 많기 때문에 비소에 대한 노출을 평가하는 데 있어서 해산물 섭취가 고려되어야 할 중요한 요인이다. 본 연구에서는 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 요 중 DMA 농도가 해산물을 섭취하지 않은 군에 비하여 유의하게 높은 결과를 보였다. 해산물의 영향을 배제하려면 며칠간 해산물 섭취를 금식한 상태에서 측정해야 하나 본 연구에서는 금식 조절을 하지 못하였으며 추후 연구에서는 해산물을 금식한 상태에서 조사할 필요성이 있다.
많은 연구에 따르면 식습관, 성별, 연령, 체질량지수 및 개인의 생활습관과 같은 개인적 특성과 환경 요인들이 비소 대사에 영향을 미친 것으로 나타났다.8,26,27) 최근 역학 연구에서 비소 메틸화 능력 저하는 피부병변, 피부암, 방광암, 고혈압 등과 같은 비소 노출과 관련된 질병과 관련이 있는 것으로 보고되고 있다.28-30)
본 연구에서
Lindberg 등14)의 연구에서
본 연구의
폐금속광산 지역 주민의 요 중 무기비소의 노출 요인은 지역 내에서 생산된 쌀 섭취로, 유기비소의 노출 요인은 해산물 섭취로 분석되었다.
본 연구는 환경부 지정 동아대학교 중금속노출 환경보건센터의 지원을 받아 수행되었으며 이에 감사드립니다(IRB No. 2-1040709-AB-N-01-201908-BR-012-04).
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
울지(연구원), 김병권(교수), 손현진(교수), 조성식(교수), 김권민(연구원), 임현주(연구원), 권정연(연구원), 김기환(대표), 홍영습(교수)
J Environ Health Sci. 2021; 47(6): 530-539
Published online December 31, 2021 https://doi.org/10.5668/JEHS.2021.47.6.530
Copyright © The Korean Society of Environmental Health.
Ulziikhishig Surenbaatar1 , Byoung-Gwon Kim1
, Hyun-Jin Son1
, Seong-Sik Cho2
, Gwon-Min Kim3,4
, Hyoun-Ju Lim3
, Jung-Yeon Kwon1
, Ki-Hwan Kim5
, Young-Seoub Hong1,3*
1Department of Preventive Medicine, College of Medicine, Dong-A University, 2Department of Occupational and Environmental Medicine, College of Medicine, Dong-A University, 3Heavy Metal Exposure Environmental Health Center, Dong-A University, 4Medical Research Institute, Pusan National University, 5GENCUBEPLUS Co., Ltd
Correspondence to:Department of Preventive Medicine, College of Medicine, Dong-A University, 32, Daesin gongwon-ro, Seo-gu, Busan 49201, Republic of Korea
Tel: +82-51-240-2888
Fax: +82-51-253-5729
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Background: In South Korea, areas around abandoned metal mines are designated as regions with high arsenic (As) contamination. However, studies assessing urinary As exposure, As metabolism, and relevant genetic polymorphisms in residents of these metal mine areas are lacking.
Objectives: To identify factors associated with As exposure and evaluate the effects of MTHFR, As3MT, and GSTO1 genetic polymorphisms on As metabolism in residents of abandoned metal mine areas by measuring urinary As species.
Methods: Urinary As species (arsenite [As3+], arsenate [As5+], monomethyl arsonic acid, and dimethylarsinic acid) were isolated using high-performance liquid chromatography in combination with inductively coupled plasma mass spectrometry (HPLC-ICP-MS). Four genetic polymorphisms (MTHFR A222V, MTHFR E429A, GSTO1 A140D, As3MT M287T) were analyzed in 144 residents of four areas around abandoned metal mines.
Results: The study sample was comprised of 34.7% men and 65.3% women, with a mean age of 70.7±10.9 years. The urinary inorganic As concentration was higher among those consuming more than half locally produced rice (0.31 μg/L) than those consuming less than half such rice (0.18 μg/L). The urinary dimethylarsinic acid concentration was higher in the group that had consumed seafood in the past day (31.68 μg/L) than in those who had not (22.37 μg/L). Furthermore, individuals heterozygous in the MTHFR A222V and GSTO1 A140D polymorphism had higher urinary arsenic species concentrations than did individuals with a wild type or homozygous for the variant allele.
Conclusions: Consumption of locally produced rice was associated with inorganic As exposure, whereas seafood consumption was associated with organic As exposure among residents of abandoned metal mine areas. There was no clear association between MTHFR A222V and GSTO1 A140D polymorphisms and As metabolism.
Keywords: Urinary arsenic speciation, genetic polymorphisms, MTHFR, As3MT, GST01, abandoned metal mine
비소는 환경 및 생태계에서 무기비소, 유기비소의 다양한 형태로 존재하며 그 형태에 따라 독성은 다양하게 나타난다.1) 무기비소는 환경 중에 널리 분포하는 주요 환경오염물질이며,2) 275가지 유해 환경오염물질 가운데 인체위해도가 높은 물질 중 하나이며 공중보건학적인 중요성이 높다.3)
무기비소의 주요 노출원은 비소에 오염된 물과 오염된 토양에서 재배된 쌀 등 농작물이며 유기비소의 경우 비소 함유량이 비교적 높은 어패류와 해조류 등의 식품의 섭취로 인해 주로 소화기계를 통해 노출된다. 특히 비소는 경구 섭취하였을 때, 소화관에서의 흡수율이 다른 중금속과는 달리 90% 정도로 매우 높다.4-6)
환경 중 무기비소는 인체 노출 흡수 후 위장관에서 arsenite (As3+), arsenate (As5+)로 빠르게 흡수된다. 이들은 인체 내에서 비소의 생체변형(biotransformation)이 일어나고 arsenate (As5+)가 inosine이나 thiol compound에 의해 arsenite (As3+)로 환원된다. 대부분의 arsenite (As3+)는 간에서 methylation 작용으로 monomethylarsonic acid (MMA)을 경유하여 dimethylarsinic acid (DMA)로 대사된다7-9)(Fig. 1). 일반적으로 3가 비소화합물이 5가 비소화합물보다 독성이 더 높으며10) 그 중에 MMA3+이 독성이 가장 강한 중간체이다.11,12)
비소 대사에 관여하는 주요 효소는 Purine nucleoside phosphorylase (PNP), 비소 메틸전달 효소(arsenic methyltransferase,
비소에 노출 시 고혈압, 당뇨, 비만, 고중성지방, 대사증후군 등 만성질환 뿐만 아니라 피부암, 폐암 및 방광암 발생과 상당한 연관성이 있다고 보고되고 있어 비소 노출은 전세계적으로 매우 중요한 공중 보건 문제이다.4) 그럼에도 불구하고 비소가 인체에 영향을 미치는 발암 기전, 질병영향 및 인체 영향 수준에 대해서는 아직까지 명확히 규명되지 않아 많은 연구가 필요하다. 국외에서는 요 중 비소 노출 평가 및 비소 대사산물 패턴에 유전자 다형성이 미치는 영향에 관한 연구가 다수 수행되고 있으나, 국내에서는 이에 대한 연구가 매우 미흡한 실정이다.
폐금속광산 지역은 환경오염 취약지역으로 비소 오염도가 가장 높은 지역으로 분류된다. 본 연구는 폐금속광산 지역 주민을 대상으로 요 중 비소 종 농도를 측정하여 관련 노출 요인 및
2007년 환경부가 실시한 폐금속광산 예비 주민건강영향조사에서 중금속 오염도가 높게 나타난 폐금속광산 지역 중 4개의 폐금속광산 지역을 선정하여 각 지역별 30명을 목표로 모집하였다.
1차년도에 2개 마을의 79명, 2차년도에 역시 2개 마을의 65명을 모집하여 총 144명을 대상으로 조사하였다. 설문조사는 인구학적 및 사회∙경제적 특성, 중금속 취급 직업력 및 광산 관련 직업력, 흡연 및 음주력, 중금속 노출과 관련된 식이습관 등으로 구성된 국립환경과학원의 표준화 설문지를 사용하였다.
요 중 비소 화학종은 Arsenite (As3+), Arsenate (As5+), Monomethyl arsonic acid (MMA), Dimethylarsinic acid (DMA)로 분리하여 분석하였다. 본 연구에서 As3+와 As5+의 합을 무기비소(inorganic arsenic (iAs))로, MMA와 DMA의 합을 유기비소(organic arsenic)로, As3+, As5+, MMA, DMA의 합을 총 비소(sumAs)로 각각 조작적 정의하였다.
전혈 시료는 항응고제(EDTA)가 포함되어 있는 혈액채취용기(Vacutainer royal blue cap)에 채취하였으며 혈액시료는 응고되는 것을 막기 위해 부드럽게 위 아래로 8∼10회 섞어준 뒤 롤믹서(Roll mixer)에서 혼합하여 분석 전까지 –70°C에 보관하였다. 요 시료는 일시뇨로 전용 Urine cup (Polypropylene)을 사용하여 중간뇨를 직접 받도록 설명하여 10 mL 이상 채취한 뒤, 검사기관으로 이송 전까지 4°C에 보관하였다. 요 중 비소 종 분리 분석을 위해 전용 Conical tube (15 mL, Polypropylene)에 5 mL씩 분주하여 분석 시까지 –70°C인 초저온냉동고에 보관하였다.
유전체 DNA는 HiGeneTM Genomic DNA추출 키트(Biofact, 대전, 한국)를 사용하여 혈액 샘플 전체로부터 분리됐다. 시퀀싱 전에, DNA는 95°C에서 15분 변성, 95°C에서 30초 변성의 32사이클, 50°C (Ta)에서 30초 어닐링, 72°C에서 30초 신장, 마지막으로 72°C에서 3분 신장 등의 PCR 조건을 이용하여 개발한 프라이머로 증폭하였다(Table 1). PRIMER 3 버전 0.4.0을 이용하여 프라이머를 설계하였다.
Table 1 . PCR primer pairs and sequencing primer pairs.
Purpose | Name | Sequence 5' to 3' | Mer | Ta (°C)* |
---|---|---|---|---|
PCR | GAGGCTGACCTGAAGCACTTG | 21 | 56 | |
PCR, sequencing | GTGGGGTGGAGGGAGCTTAT | 20 | ||
PCR, sequencing | ATTCCTCTTCCCCTGCCTTTG | 21 | 56 | |
PCR | TCCCCACTCCAGCATCACTC | 20 | ||
PCR, sequencing | GGGGGCCGATACAGTTAGC | 19 | 56 | |
PCR | AGCAAGCCCATGACAAAGTCT | 21 | ||
PCR, sequencing | GAGTGCTGGAGATGAACCGTGA | 22 | 56 | |
PCR | GGGCAAGAGCAGAAAGAATACCAGA | 25 |
*Ta is annealing temperature..
PCR은 30 ng의 DNA 주형, 10 mM의 dNTP, 10배의 반응용 완충액, 순방향 및 역방향 프라이머 각 10 pM, 5U HAN Taq 중합효소로 구성된 총 20 μL의 반응 용액에서 수행하였으며(HanLab, 서울, 한국) 나머지는 증류수로 채워졌다. 그런 다음 각 PCR 제품은 0.5배의 TBE 완충액에서 EtBr로 염색된 1%의 아가로스 젤 위에서 전기 영동 처리하였다.
비소화학종 농도 분리 정량을 위해, 요 시료는 0.45 µm 필터로 불순물 제거 후 탈이온수로 10배 희석하였다. Hamilton PRP X-100 column이 장착된 LC/ICP-MS (Agilent Technologies 1,260 series High-Performance Liquid Chromatography/7,700 series Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer, Agilent, Santa Clara, CA, USA) 장비를 이용하여 As3+, As5+, MMA, DMA의 4개 비소종을 정량 분석하였다. As3+, As5+, MMA, DMA 그리고 standard 시료(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하여 Calibration curves을 작성하였고 2개 표준물질(Standard Reference Material 2,669, The National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, USA; Certified Reference Material No. 18, National Institute for Environmental Studies, Onogawa, Tsukuba, Japan)를 이용하여 정확성을 확인하였다. 외부 질 보증은 Friedrich-Alexander University에서 운영하는 German External Quality Assessment Scheme (G-EQUAS)의 Quality Assurance Program에서 인증을 받았다.16)
통계 분석은 R 통계 패키지를 이용하였다. 요 중 비소 종 농도가 오른 쪽으로 치우친 분포를 보여 자연 로그 변환 후 기하평균(GM), 95% 신뢰구간(95% CI)을 사용하였다. 대상자의 일반적특성 및 유전자형에 따른 요 중 비소 종 농도를 비교하는 데 있어 t-검정(t-test) 및 분산분석(Analysis of variance, ANOVA)을 실시하였다. 모든 검정은 유의수준 5% 미만에서 실시되었다.
대상자들의 일반적 특성은 Table 2와 같다. 성별은 34.7%은 남성, 65.3%은 여성이었으며 평균 연령은 70.7±10.9세로, 70세 이하인 군이 48.6%, 70세 이상인 군이 51.4%를 차지하였다. 주 식수원으로는 지하수나 간이상수도를 음용하는 대상자가 69.2%를 차지하고 있었다. 거주 지역 내에서 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 45.8%, 최근 1일 내 해산물을 섭취한 대상자가 40.3%였다.
Table 2 . Study subject general characteristics.
Characteristics | Total n (%) | |
---|---|---|
Total | 144 (100) | |
Age* | Mean±SD | 70.7±10.9 |
<70 | 70 (48.6) | |
≥70 | 74 (51.4) | |
BMI (kg/m²)* | Mean±SD | 24.4±3.44 |
<25 | 87 (60.4) | |
≥25 | 57 (39.6) | |
Month income (₩10,000) | No response | 19 (15.8) |
<50 | 73 (60.8) | |
50~<200 | 13 (10.8) | |
≥200 | 15 (12.5) | |
Smoking status | Current smoker | 17 (11.8) |
Former | 20 (13.9) | |
Never | 107 (74.3) | |
Drinking status | Current | 52 (36.1) |
Former | 22 (15.3) | |
Never | 70 (48.6) | |
Drink water | Ground water | 99 (69.2) |
Other | 44 (30.8) | |
Mining work experience | Yes | 14 (9.7) |
No | 130 (90.3) | |
Pesticide | Yes | 90 (62.5) |
No | 54 (37.5) | |
Intake of locally grown rice | More than half | 66 (45.8) |
Less than half | 78 (54.2) | |
Intake of seafood in last one day | Yes | 58 (40.3) |
No | 86 (59.7) | |
CC | 47 (34.8) | |
CT | 39 (28.9) | |
TT | 49 (36.3) | |
AA | 116 (81.1) | |
AC | 24 (16.8) | |
CC | 3 (2.1) | |
C/C | 100 (70.4) | |
C/A | 22 (15.5) | |
A/A | 20 (14.1) | |
T/T | 134 (96.4) | |
T/C | 1 (0.7) | |
C/C | 4 (2.9) |
SD: Standard deviation, *Cut point is median value of this variable..
대상자의 일반적 특성에 따른 요 중 비소 농도는 Table 3과 같다. 성별로는 모든 비소 종 농도가 남성이 여성에 비해 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다. 연령에 따른 요중 비소 종 농도는 통계적으로 유의한 차이가 관찰되지 않았다. 가정의 주 식수로 지하수를 이용하는 군의 무기비소는 그 외의 식수를 이용하는 군과 농도 차이가 관찰되지 않았다. 반면 MMA와 DMA가 지하수를 이용하는 군이 그 외의 식수를 이용하는 군에 비해 높았으나 통계적으로 유의하지 않았다. 무기비소의 경우 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 경우 0.31 (0.22~0.45) μg/L로서 절반 미만을 섭취하는 군 0.18 (0.13~0.26) μg/L에 비해 통계적으로 유의하게 높았으며 MMA와 DMA의 경우도 역시 각각 0.62 (0.37~1.00) μg/L, 35.08 (27.69~44.11) μg/L로서 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 절반 미만 섭취하는 군의 MMA 0.24 (0.14~0.41) μg/L 및 DMA 17.47 (13.67~22.92) μg/L에 비해서 유의하게 높은 농도로 관찰되었다. 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 DMA 농도가 31.68 (23.47~42.96) μg/L로서 해산물을 섭취하지 않은 군 22.37 (18.14~22.88) μg/L에 비해서 통계적으로 유의하게 높았다.
Table 3 . Urinary arsenic species concentration by subject characteristics (μg/L).
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | ||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | ||||
Gender | |||||||
Male (n=50) | 0.29 (0.19~0.44) | 0.52 (0.27~0.95) | 31.14 (22.77~42.35) | 33.65 (24.60~45.68) | |||
Female (n=94) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.36 (0.24~0.55) | 23.25 (18.80~28.75) | 25.09 (20.32~30.89) | |||
Age | |||||||
<70 (n=70) | 0.26 (0.19~0.38) | 0.38 (0.22~0.67) | 31.12 (23.90~39.53) | 33.35 (25.56~42.36) | |||
≥70 (n=74) | 0.24 (0.17~0.33) | 0.43 (0.26~0.68) | 21.50 (16.80~27.05) | 23.38 (18.27~29.44) | |||
BMI | |||||||
<25 (n=87) | 0.25 (0.18~0.36) | 0.39 (0.24~0.60) | 23.79 (19.08~29.36) | 25.68 (20.62~31.62) | |||
≥25 (n=57) | 0.24 (0.17~0.35) | 0.44 (0.24~0.81) | 29.01 (20.80~39.25) | 31.33 (22.63~42.13) | |||
Smoking status | |||||||
Current (n=17) | 0.37 (0.17~0.78) | 0.37 (0.13~1.09) | 20.62 (11.61~35.36) | 22.47 (12.55~38.33) | |||
Former (n=20) | 0.18 (0.10~0.33) | 0.39 (0.13~1.23) | 28.35 (17.65~44.33) | 30.23 (18.18~48.13) | |||
Never (n=107) | 0.25 (0.19~0.33) | 0.41 (0.27~0.62) | 26.18 (21.31~31.95) | 28.29 (23.16~34.47) | |||
Drinking status | |||||||
Current (n=52) | 0.20 (0.14~0.29) | 0.32 (0.18~0.58) | 24.54 (18.45~31.93) | 26.10 (19.58~33.92) | |||
Former (n=22) | 0.29 (0.16~0.54) | 0.83 (0.36~1.93) | 23.91 (14.13~39.66) | 26.83 (16.12~44.14) | |||
Never (n=70) | 0.28 (0.19~0.39) | 0.39 (0.24~0.65) | 27.28 (21.35~35.67) | 29.43 (23.04~38.39) | |||
Drink water | |||||||
Ground water (n=99) | 0.24 (0.18~0.33) | 0.50 (0.33~0.76) | 27.23 (21.96~33.44) | 29.48 (23.76~36.22) | |||
Other (n=44) | 0.25 (0.17~0.41) | 0.27 (0.14~0.54) | 22.65 (16.11~32.06) | 24.31 (17.30~34.07) | |||
Mining work experience | |||||||
Yes (n=14) | 0.21 (0.10~0.48) | 0.26 (0.07~1.02) | 17.67 (9.68~32.49) | 19.50 (10.56~35.47) | |||
No (n=130) | 0.25 (0.20~0.33) | 0.43 (0.28~0.62) | 26.80 (22.18~32.12) | 28.86 (23.92~34.55) | |||
Pesticide | |||||||
Yes (n=90) | 0.29 (0.22~0.41)* | 0.47 (0.29~0.73) | 25.99 (21.28~32.21) | 28.20 (23.12~34.87) | |||
No (n=54) | 0.18 (0.13~0.27) | 0.32 (0.17~0.57) | 25.31 (18.54~33.94) | 27.11 (19.94~35.99) | |||
Intake of locally grown rice | |||||||
Less than half (n=64) | 0.18 (0.13~0.26)*** | 0.24 (0.14~0.41)*** | 17.47 (13.67~22.92)*** | 18.81 (14.74~24.58)*** | |||
More than half (n=80) | 0.31 (0.22~0.45) | 0.62 (0.37~1.00) | 35.08 (27.69~44.11) | 37.96 (29.96~47.70) | |||
Intake of seafood | |||||||
Yes (n=58) | 0.20 (0.14~0.30) | 0.34 (0.18~0.66) | 31.68 (23.47~42.96)* | 33.24 (24.43~45.13)* | |||
No (n=86) | 0.29 (0.21~0.39) | 0.46 (0.29~0.72) | 22.37 (18.14~22.88) | 24.62 (19.91~30.44) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test..
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001..
유전자형에 따른 요 중 비소 종별 농도가 Table 4에 제시되어 있다.
Table 4 . Urinary arsenic species concentration by genotype (μg/L).
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | |||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | |||||
MTHFR A222V | ||||||||
CC (n=47) | 0.27 (0.18~0.41)*** | ab | 0.35 (0.19~0.67)*** | b | 23.77 (17.57~32.72)*** | ab | 25.68 (19.12~34.93)*** | ab |
CT (n=39) | 0.33 (0.19~0.58) | a | 0.79 (0.40~1.61) | a | 48.47 (37.91~61.27) | a | 52.72 (41.75~65.97) | a |
TT (n=49) | 0.17 (0.12~0.25) | b | 0.25 (0.15~0.45) | b | 16.39 (12.15~22.08) | b | 17.57 (13.02~23.77) | b |
MTHFR E429A | ||||||||
AA (n=116) | 0.24 (0.18~0.31)* | 0.40 (0.27~0.60) | 23.59 (19.22~29.06) | 25.45 (20.85~31.45) | ||||
AC+CC (n=27) | 0.30 (0.17~0.57) | 0.42 (0.17~1.07) | 37.25 (27.52~50.40) | 40.38 (29.68~54.58) | ||||
GSTO1 A140D | ||||||||
C/C (n=100) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.41 (0.26~0.63)** | ab | 26.52 (21.18~32.48)** | ab | 28.60 (23.00~34.94)** | ab | |
C/A (n=22) | 0.35 (0.18~0.70) | 0.61 (0.19~1.64) | a | 42.10 (28.73~58.90) | a | 45.95 (31.49~64.38) | a | |
A/A (n=20) | 0.26 (0.14~0.49) | 0.21 (0.09~0.51) | b | 13.57 (9.16~20.73) | b | 14.53 (9.69~22.47) | b | |
As3MT M287T | ||||||||
T/T (n=134) | 0.24 (0.19~0.31) | 0.42 (0.29~0.64) | 25.87 (21.50~31.03) | 27.92 (23.20~33.53) | ||||
T/C (n=1) | 2.85 (0.00~0.00) | 0.04 (0.00~0.00) | 10.96 (0.00~0.00) | 13.86 (0.00~0.00) | ||||
C/C (n=4) | 0.15 (0.08~0.59) | 0.28 (0.03~2.75) | 10.20 (2.70~54.58) | 11.03 (2.81~59.31) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test; abc, Bonferroni post-hoc grouping; estimates with the same letter are not significantly different..
*p<0.05, **p<0.01, ***p <0 .001..
본 연구에서 폐금속광산 지역 주민의 요 중 비소 종 농도 측정 및 인체 비소 대사와 관련된 유전자 다형성에 대한 분석을 하였으며 거주 지역 내 생산되는 쌀을 절반 이상 섭취하는 경우 절반 미만을 섭취하는 군에 비하여 요 중 무기비소 농도가 높았다. 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 요 중 DMA 농도가 해산물을 섭취하지 않은 군에 비하여 높은 결과를 보였다.
다양한 인구 집단에서 요 중 비소 대사 산물의 비율은 비소 노출 수준과 상관 없이 일반적으로 10~30%를 iAs, 10~20%를 MMA, 60~80%를 DMA가 차지한다.17) 그러나 개인 및 인구 집단 간의 요 중 비소 패턴은 상당한 차이가 있다. 특히 DMA는 지배적인 메틸화 비소 종으로 간주된다.18) 그럼에도 불구하고 한국인들은 해산물 섭취가 다소 높기 때문에 요 중 DMA 비율이 더 높은 편이다.19) 본 연구에서 요 중 비소 대사 산물의 비율 순서는 %DMA>%MMA>%iAs이었다. 일부 연구에서는 음용수를 통해 비소 노출 후 배출된 주요 비소 대사 산물이 %DMA>%iAs>%MMA 순이었다.20,21) 본 연구에서 요 중 비소 대사 산물의 평균 비율이 iAs-2.58%, MMA-4.49%, DMA-92.93%이었다.
체질량지수는 비만 및 영양 상태를 나타내는 지표로서 비소 대사에 영향을 미칠 수 있다. BMI와 비소 메틸화 효율 간의 상관성을 평가한 연구에서 BMI가 증가할수록 %MMA가 감소한 것을 확인하였다.22) 그러나 본 연구에서는 BMI와 요 중 비소 종 농도의 연관성을 확인하지 못하였다. 많은 선행 연구들에서 성별, 연령, 체질량지수가 비소 대사에 영향을 미친다는 것을 보고하였지만 본 연구에서는 연관성을 확인하지 못한 것은 대상자 수가 적기 때문일 수 있으며 추후 대규모 대상자로 연구할 필요성이 있다.
무기비소의 노출은 주로 식습관과 식수를 통해 발생하며 저농도의 비소오염 식수는 무기비소 노출의 중요한 원인이 될 수 있다. Chang 등23) 의 연구에서 오염된 일부 폐광산지역 주민을 대상으로 요 중 비소 종분리 분석한 연구에서 무기비소 기하평균이 상수도 공급 시행 전 23.13 μg/L이었으며, 상수도 공급 시행 후 1.70 μg/L로 대폭 감소한 것으로 보고하였다. 또한 거주 지역 내에서 생산된 쌀을 섭취하는 군의 요 중 총 비소 농도가 높았다.23) 폐광산 지역에서 실시한 다른 연구에서도 무기비소의 노출 요인으로 음용수의 비소오염 및 지역 내에서 생산된 쌀을 섭취하는 것을 들었으며19,24,25) 본 연구에서도 지역 내에서 생산된 쌀을 절반 이상 섭취하는 군이 절반 미만을 섭취하는 군에 비하여 요 중 무기비소 농도가 유의하게 높은 것으로 확인되었다. 따라서 오염지역의 식수와 농산물을 섭취하는 폐금속광산지역이 비소노출의 취약지역임을 알 수 있으며 폐금속광산지역 주민의 비소노출에 대한 지속적인 건강영향 관리체계의 구축이 필요하다.
한국인은 해산물 섭취량이 많기 때문에 비소에 대한 노출을 평가하는 데 있어서 해산물 섭취가 고려되어야 할 중요한 요인이다. 본 연구에서는 최근 1일 내 해산물을 섭취한 군의 요 중 DMA 농도가 해산물을 섭취하지 않은 군에 비하여 유의하게 높은 결과를 보였다. 해산물의 영향을 배제하려면 며칠간 해산물 섭취를 금식한 상태에서 측정해야 하나 본 연구에서는 금식 조절을 하지 못하였으며 추후 연구에서는 해산물을 금식한 상태에서 조사할 필요성이 있다.
많은 연구에 따르면 식습관, 성별, 연령, 체질량지수 및 개인의 생활습관과 같은 개인적 특성과 환경 요인들이 비소 대사에 영향을 미친 것으로 나타났다.8,26,27) 최근 역학 연구에서 비소 메틸화 능력 저하는 피부병변, 피부암, 방광암, 고혈압 등과 같은 비소 노출과 관련된 질병과 관련이 있는 것으로 보고되고 있다.28-30)
본 연구에서
Lindberg 등14)의 연구에서
본 연구의
폐금속광산 지역 주민의 요 중 무기비소의 노출 요인은 지역 내에서 생산된 쌀 섭취로, 유기비소의 노출 요인은 해산물 섭취로 분석되었다.
본 연구는 환경부 지정 동아대학교 중금속노출 환경보건센터의 지원을 받아 수행되었으며 이에 감사드립니다(IRB No. 2-1040709-AB-N-01-201908-BR-012-04).
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
울지(연구원), 김병권(교수), 손현진(교수), 조성식(교수), 김권민(연구원), 임현주(연구원), 권정연(연구원), 김기환(대표), 홍영습(교수)
Table 1 PCR primer pairs and sequencing primer pairs
Purpose | Name | Sequence 5' to 3' | Mer | Ta (°C)* |
---|---|---|---|---|
PCR | GAGGCTGACCTGAAGCACTTG | 21 | 56 | |
PCR, sequencing | GTGGGGTGGAGGGAGCTTAT | 20 | ||
PCR, sequencing | ATTCCTCTTCCCCTGCCTTTG | 21 | 56 | |
PCR | TCCCCACTCCAGCATCACTC | 20 | ||
PCR, sequencing | GGGGGCCGATACAGTTAGC | 19 | 56 | |
PCR | AGCAAGCCCATGACAAAGTCT | 21 | ||
PCR, sequencing | GAGTGCTGGAGATGAACCGTGA | 22 | 56 | |
PCR | GGGCAAGAGCAGAAAGAATACCAGA | 25 |
*Ta is annealing temperature.
Table 2 Study subject general characteristics
Characteristics | Total n (%) | |
---|---|---|
Total | 144 (100) | |
Age* | Mean±SD | 70.7±10.9 |
<70 | 70 (48.6) | |
≥70 | 74 (51.4) | |
BMI (kg/m²)* | Mean±SD | 24.4±3.44 |
<25 | 87 (60.4) | |
≥25 | 57 (39.6) | |
Month income (₩10,000) | No response | 19 (15.8) |
<50 | 73 (60.8) | |
50~<200 | 13 (10.8) | |
≥200 | 15 (12.5) | |
Smoking status | Current smoker | 17 (11.8) |
Former | 20 (13.9) | |
Never | 107 (74.3) | |
Drinking status | Current | 52 (36.1) |
Former | 22 (15.3) | |
Never | 70 (48.6) | |
Drink water | Ground water | 99 (69.2) |
Other | 44 (30.8) | |
Mining work experience | Yes | 14 (9.7) |
No | 130 (90.3) | |
Pesticide | Yes | 90 (62.5) |
No | 54 (37.5) | |
Intake of locally grown rice | More than half | 66 (45.8) |
Less than half | 78 (54.2) | |
Intake of seafood in last one day | Yes | 58 (40.3) |
No | 86 (59.7) | |
CC | 47 (34.8) | |
CT | 39 (28.9) | |
TT | 49 (36.3) | |
AA | 116 (81.1) | |
AC | 24 (16.8) | |
CC | 3 (2.1) | |
C/C | 100 (70.4) | |
C/A | 22 (15.5) | |
A/A | 20 (14.1) | |
T/T | 134 (96.4) | |
T/C | 1 (0.7) | |
C/C | 4 (2.9) |
SD: Standard deviation, *Cut point is median value of this variable.
Table 3 Urinary arsenic species concentration by subject characteristics (μg/L)
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | ||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | ||||
Gender | |||||||
Male (n=50) | 0.29 (0.19~0.44) | 0.52 (0.27~0.95) | 31.14 (22.77~42.35) | 33.65 (24.60~45.68) | |||
Female (n=94) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.36 (0.24~0.55) | 23.25 (18.80~28.75) | 25.09 (20.32~30.89) | |||
Age | |||||||
<70 (n=70) | 0.26 (0.19~0.38) | 0.38 (0.22~0.67) | 31.12 (23.90~39.53) | 33.35 (25.56~42.36) | |||
≥70 (n=74) | 0.24 (0.17~0.33) | 0.43 (0.26~0.68) | 21.50 (16.80~27.05) | 23.38 (18.27~29.44) | |||
BMI | |||||||
<25 (n=87) | 0.25 (0.18~0.36) | 0.39 (0.24~0.60) | 23.79 (19.08~29.36) | 25.68 (20.62~31.62) | |||
≥25 (n=57) | 0.24 (0.17~0.35) | 0.44 (0.24~0.81) | 29.01 (20.80~39.25) | 31.33 (22.63~42.13) | |||
Smoking status | |||||||
Current (n=17) | 0.37 (0.17~0.78) | 0.37 (0.13~1.09) | 20.62 (11.61~35.36) | 22.47 (12.55~38.33) | |||
Former (n=20) | 0.18 (0.10~0.33) | 0.39 (0.13~1.23) | 28.35 (17.65~44.33) | 30.23 (18.18~48.13) | |||
Never (n=107) | 0.25 (0.19~0.33) | 0.41 (0.27~0.62) | 26.18 (21.31~31.95) | 28.29 (23.16~34.47) | |||
Drinking status | |||||||
Current (n=52) | 0.20 (0.14~0.29) | 0.32 (0.18~0.58) | 24.54 (18.45~31.93) | 26.10 (19.58~33.92) | |||
Former (n=22) | 0.29 (0.16~0.54) | 0.83 (0.36~1.93) | 23.91 (14.13~39.66) | 26.83 (16.12~44.14) | |||
Never (n=70) | 0.28 (0.19~0.39) | 0.39 (0.24~0.65) | 27.28 (21.35~35.67) | 29.43 (23.04~38.39) | |||
Drink water | |||||||
Ground water (n=99) | 0.24 (0.18~0.33) | 0.50 (0.33~0.76) | 27.23 (21.96~33.44) | 29.48 (23.76~36.22) | |||
Other (n=44) | 0.25 (0.17~0.41) | 0.27 (0.14~0.54) | 22.65 (16.11~32.06) | 24.31 (17.30~34.07) | |||
Mining work experience | |||||||
Yes (n=14) | 0.21 (0.10~0.48) | 0.26 (0.07~1.02) | 17.67 (9.68~32.49) | 19.50 (10.56~35.47) | |||
No (n=130) | 0.25 (0.20~0.33) | 0.43 (0.28~0.62) | 26.80 (22.18~32.12) | 28.86 (23.92~34.55) | |||
Pesticide | |||||||
Yes (n=90) | 0.29 (0.22~0.41)* | 0.47 (0.29~0.73) | 25.99 (21.28~32.21) | 28.20 (23.12~34.87) | |||
No (n=54) | 0.18 (0.13~0.27) | 0.32 (0.17~0.57) | 25.31 (18.54~33.94) | 27.11 (19.94~35.99) | |||
Intake of locally grown rice | |||||||
Less than half (n=64) | 0.18 (0.13~0.26)*** | 0.24 (0.14~0.41)*** | 17.47 (13.67~22.92)*** | 18.81 (14.74~24.58)*** | |||
More than half (n=80) | 0.31 (0.22~0.45) | 0.62 (0.37~1.00) | 35.08 (27.69~44.11) | 37.96 (29.96~47.70) | |||
Intake of seafood | |||||||
Yes (n=58) | 0.20 (0.14~0.30) | 0.34 (0.18~0.66) | 31.68 (23.47~42.96)* | 33.24 (24.43~45.13)* | |||
No (n=86) | 0.29 (0.21~0.39) | 0.46 (0.29~0.72) | 22.37 (18.14~22.88) | 24.62 (19.91~30.44) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test.
*p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001.
Table 4 Urinary arsenic species concentration by genotype (μg/L)
Total | Arsenic measures GM (95% CI) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
iAs | MMA | DMA | sumAs | |||||
0.25 (0.20~0.31) | 0.41 (0.30~0.57) | 25.73 (21.92~30.63) | 27.79 (23.65~32.85) | |||||
MTHFR A222V | ||||||||
CC (n=47) | 0.27 (0.18~0.41)*** | ab | 0.35 (0.19~0.67)*** | b | 23.77 (17.57~32.72)*** | ab | 25.68 (19.12~34.93)*** | ab |
CT (n=39) | 0.33 (0.19~0.58) | a | 0.79 (0.40~1.61) | a | 48.47 (37.91~61.27) | a | 52.72 (41.75~65.97) | a |
TT (n=49) | 0.17 (0.12~0.25) | b | 0.25 (0.15~0.45) | b | 16.39 (12.15~22.08) | b | 17.57 (13.02~23.77) | b |
MTHFR E429A | ||||||||
AA (n=116) | 0.24 (0.18~0.31)* | 0.40 (0.27~0.60) | 23.59 (19.22~29.06) | 25.45 (20.85~31.45) | ||||
AC+CC (n=27) | 0.30 (0.17~0.57) | 0.42 (0.17~1.07) | 37.25 (27.52~50.40) | 40.38 (29.68~54.58) | ||||
GSTO1 A140D | ||||||||
C/C (n=100) | 0.23 (0.17~0.30) | 0.41 (0.26~0.63)** | ab | 26.52 (21.18~32.48)** | ab | 28.60 (23.00~34.94)** | ab | |
C/A (n=22) | 0.35 (0.18~0.70) | 0.61 (0.19~1.64) | a | 42.10 (28.73~58.90) | a | 45.95 (31.49~64.38) | a | |
A/A (n=20) | 0.26 (0.14~0.49) | 0.21 (0.09~0.51) | b | 13.57 (9.16~20.73) | b | 14.53 (9.69~22.47) | b | |
As3MT M287T | ||||||||
T/T (n=134) | 0.24 (0.19~0.31) | 0.42 (0.29~0.64) | 25.87 (21.50~31.03) | 27.92 (23.20~33.53) | ||||
T/C (n=1) | 2.85 (0.00~0.00) | 0.04 (0.00~0.00) | 10.96 (0.00~0.00) | 13.86 (0.00~0.00) | ||||
C/C (n=4) | 0.15 (0.08~0.59) | 0.28 (0.03~2.75) | 10.20 (2.70~54.58) | 11.03 (2.81~59.31) |
GM: geometric means, CI: confidence interval, ANOVA: analysis of variance. The p-value indicates the difference of urinary arsenic species concentration between subgroups using 1-way ANOVA or independent sample T-test; abc, Bonferroni post-hoc grouping; estimates with the same letter are not significantly different.
*p<0.05, **p<0.01, ***p <0 .001.
pISSN 1738-4087
eISSN 2233-8616
Frequency: Bimonthly