Biomarkers of aflatoxin exposure and a dietary intervention: studies in infants and children from Egypt and Guinea and young adults from China

Abstract

Aflatoxins are fungal metabolites which are toxic, carcinogenic, and mutagenic, and have been proposed as altering immunocompetence and growth in humans. Aflatoxins, together withhepatitis B and C, have been recognized as the major risk factors for the development of hepatocellular carcinoma (HCC) in parts of Africa and Southeast China. Children are a highly susceptible population to environmental carcinogens and a number of studies indicate that susceptibility to aflatoxin is greatest in the young. Aflatoxin exposure has been associated with growth faltering and immune suppression in young children. Early life exposures could be a contributing factor towards the early onset of HCC. The undertaken research aimed 1) to assess using specific biomarkers the exposure patterns and levels of aflatoxin exposure among nursing Egyptian mothers and their children, 2) to compare the exposure levels of the Egyptian children with children from Guinea, a country with a known high aflatoxin exposure, and 3) to assess the effectiveness of probiotic supplementation in the reduction of the biologically effective dose of aflatoxin exposure in a highly exposed region of Southern China. In Egypt, 388 lactating mothers were screened for aflatoxins in their breast milk, and 50 of them with high aflatoxin M1 (AFM1) levels were recruited for a year of follow up with monthly collections of breast milk samples. The aflatoxin exposure of the 50 Egyptian children was additionally compared to the exposure of 50 Guinean children by monitoring urinary biomarkers of aflatoxin exposure. In China, 90 young adults were selected out of a group of 300, to participatein a randomized double blind placebo controlled intervention trial testing the effectiveness of aprobiotic supplementation in reducing aflatoxin exposure. Aflatoxin was found in the breast milk supplied by 138 out of 388 nursing Egyptian mothers [median 13.5 pg/ml, IQR (10.27-21.43)]. Non-working status [OR= 2.87, 95% CI (1.2-6.8)], obesity [OR= 3.01, 95% CI (1.43-6.33)], high corn oil consumption [OR= 2.21, 95% CI (1.3-3.7)], number of children (>1) [OR= 1.99, 95% CI (1.09-3.64)], and early lactation stage (<1month) [OR=3.57, 95% CI (1.15-1.09)], contributed to the occurrence of AFM1 in breast milk. Inthe follow up cohort, the most dominant factor affecting the presence of AFM1 in breast milk was the seasonal effect. AFM1 was observed most frequently during summer months (May-September) with the highest rates observed in June [OR 63, 95% CI (7.6, 522)]. The duration of lactation[OR= 1.08, 95% CI (1.02, 1.13)] also affected AFM1 presence, while peanut consumption [OR=1.69, 95% CI (0.9, 2.9)] hinted at an effect. Exposure of the Guinean children to aflatoxin was more prevalent and at higher levels as compared to the Egyptian children (86% vs. 38%, p=0.000). Probiotic supplementation in young Chinese adults clearly reduced the biologically effective dose of AFB1 as indicated by the urinary excretion of AFB1-N7-guanine adduct (probiotic group 0.24 ng/ml, placebo group 0.49 ng/ml, p= 0.005). These data would suggest that aflatoxin exposure does occur in children and young adults residing in highly exposed regions and measures should be initiated to reduce this exposure. The identification and understanding of factors determining the presence of toxicants in human milk is important and may provide a knowledge driven basis for controlling the transfer of chemicals toinfants. Probiotic supplementation could represent affordable and feasible means to reduce the bioavailability of aflatoxin and consequently the health risks associated with aflatoxin exposure inaflatoxin endemic areas.

Οι αφλατοξίνες είναι μυκητιακοί μεταβολίτες με ισχυρή τοξική, καρκινογόνο και μεταλλαξιογόνο δράση, οι οποίοι έχουν συσχετιστεί με διαταραχές της ανοσολογικής λειτουργίας και της ανάπτυξης στον άνθρωπο. Σε συνδυασμό με τις λοιμώξεις από ιούς ηπατίτιδας Β και C, αποτελούν σημαντικούς παράγοντες κινδύνου για την ανάπτυξη ηπατοκυτταρικού καρκινώματος (HCC), ιδιαίτερα σε περιοχές της Αφρικής και της Νοτιοανατολικής Κίνας. Τα παιδιά αποτελούν ιδιαίτερα ευάλωτο πληθυσμό στους περιβαλλοντικούς καρκινογόνους παράγοντες, ενώ η έκθεση σε αφλατοξίνες κατά την πρώιμη ζωή έχει συσχετιστεί με καθυστέρηση ανάπτυξης, ανοσοκαταστολή και πιθανή πρώιμη εμφάνιση HCC. Σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν: (1) η εκτίμηση, μέσω ειδικών βιοδεικτών, των προτύπων και επιπέδων έκθεσης σε αφλατοξίνες σε θηλάζουσες μητέρες στην Αίγυπτο και στα παιδιά τους, (2) η σύγκριση των επιπέδων έκθεσης Αιγύπτιων παιδιών με παιδιά από τη Γουινέα, χώρα με υψηλή ενδημικότητα αφλατοξινών, και (3) η αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας προβιοτικής συμπληρωματικής αγωγής στη μείωση της βιολογικά δραστικής δόσης έκθεσης σε περιοχή της Νότιας Κίνας. Στην Αίγυπτο, εξετάστηκαν 388 δείγματα μητρικού γάλακτος για την παρουσία αφλατοξίνης Μ1 (AFM1). Η AFM1 ανιχνεύθηκε σε 138/388 μητέρες (διάμεσος 13,5 pg/ml, IQR 10,27–21,43). Από αυτές, 50 μητέρες με υψηλά επίπεδα συμμετείχαν σε ετήσια παρακολούθηση με μηνιαίες συλλογές δειγμάτων. Παράγοντες που σχετίστηκαν με την παρουσία AFM1 στο μητρικό γάλα ήταν η μη εργασιακή απασχόληση (OR=2,87), η παχυσαρκία (OR=3,01), η αυξημένη κατανάλωση καλαμποκέλαιου (OR=2,21), ο αριθμός παιδιών (>1) (OR=1,99) και το πρώιμο στάδιο γαλουχίας (<1 μήνα) (OR=3,57). Κατά την παρακολούθηση, ο σημαντικότερος παράγοντας ήταν η εποχικότητα, με υψηλότερα ποσοστά κατά τους θερινούς μήνες (Μάιος–Σεπτέμβριος) και ιδιαίτερα τον Ιούνιο (OR=63). Η διάρκεια γαλουχίας επηρέαζε επίσης την παρουσία AFM1, ενώ η κατανάλωση φιστικιών παρουσίασε οριακή συσχέτιση. Η σύγκριση των παιδιών έδειξε σημαντικά υψηλότερη και συχνότερη έκθεση στη Γουινέα σε σχέση με την Αίγυπτο (86% έναντι 38%, p=0,000). Στην Κίνα, σε τυχαιοποιημένη, διπλά τυφλή, ελεγχόμενη με εικονικό φάρμακο μελέτη παρέμβασης σε 90 νεαρούς ενήλικες, η προβιοτική συμπλήρωση μείωσε σημαντικά τη βιολογικά δραστική δόση της AFB1, όπως αποτυπώθηκε από τη μειωμένη απέκκριση του προσδέματος AFB1-N7-γουανίνης στα ούρα (0,24 ng/ml έναντι 0,49 ng/ml, p=0,005). Τα ευρήματα καταδεικνύουν ότι η έκθεση σε αφλατοξίνες παρατηρείται σε παιδιά και νεαρούς ενήλικες που διαβιούν σε ενδημικές περιοχές και αναδεικνύουν την ανάγκη λήψης μέτρων πρόληψης. Η κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τη μεταφορά τοξικών ουσιών στο μητρικό γάλα είναι κρίσιμη για την προστασία της βρεφικής υγείας. Η προβιοτική συμπλήρωση ενδέχεται να αποτελέσει μια οικονομικά προσιτή και εφαρμόσιμη στρατηγική για τη μείωση της βιοδιαθεσιμότητας των αφλατοξινών και των σχετιζόμενων κινδύνων για την υγεία σε περιοχές υψηλής έκθεσης.