目 的

        许多观察性研究表明，空气污染对哮喘的患病率、发病率和恶化风险都有影响。一致认为，环境中的颗粒组分对机体氧化应激产生直接影响，导致炎症和组织重塑。此外，氧化应激的增加可能导致多不饱和脂肪酸及其代谢产物的产生。因此，对环境风险和脂质代谢途径的综合研究可能揭示哮喘的特征。

        本文研究探讨暴露于常见环境风险的标记物，包括氧化应激标记物、炎症细胞因子和鞘脂类分子，评估它们与当前哮喘及其表型集群的关系。

        对象与方法

        国家健康保险研究数据库与病例对照人群

        该研究采用国民健康保险研究数据库中2008-2013年共收集的中国台湾高雄市209 837名急诊的哮喘患者(ERVs)和所有638 538名门诊病人的健康档案，进行回顾性研究。采用病例对照研究设计，前瞻性纳入中国台湾高雄市及周边地区9家医院2011-2015年1 163例哮喘患者和1 493例健康对照者，分别对其中的365例和235例进行生物监测分析，抽样率分别为31%和16%。

        尿中金属及污染物代谢物的生物监测分析

        分别使用LC-MS/MS、GC-MS和ICP-MS测定尿1,3-丁二烯代谢物、DHBMA和1-羟基芘(1-OHPY;一种芘的代谢物)和广泛使用的多环芳烃(PAHs)和金属的生物标志物。

        尿HEL、4-HNE、血浆细胞因子、鞘脂代谢物、S1P、C1P测定

        采用ELISA试剂盒分别检测尿氧化应激标志物HEL和4-HNE，采用Bio-Plex Pro Human Cytokine Assay和Bio-Plex 200 Systems检测血浆细胞因子水平，采用ELISA试剂盒检测血清S1P和C1P水平。

        结 果

        1、暴露在PM2.5及其结合的多环芳烃环境中会有患哮喘的风险

        回顾性研究观察到，PM2.5及其结合的PAHs对哮喘患者ERVs的时滞效应虽然轻微，但显著地是，PM2.5每增加10μg/m3，ERVs滞后第0天的相对风险(RR)为1.04(95%CI 1.01-1.07)(图1A、B)，PM2.5结合的PAHs每增加1 ng/ m3，ERVs滞后第0天的RR为1.08(95%CI 1.03-1.13)。PM2.5及其结合的PAHs对门诊哮喘患者也有类似的时滞效应(图1C、D)。

        图1 (A) PM2.5浓度每增加10µg/m3，哮喘急诊的相对风险;(B) PM2.5结合PAHs浓度每增加1 ng/m3，哮喘门诊的相对风险;(C) PM2.5为10μg/m3;(D) PM2.5结合PAHs为1 ng/m3。ERVs，急诊;PAHs，多环芳烃;PM2.5是指小于2.5微米的颗粒物。

        2、生物监测分析确定了哮喘及其严重程度的环境风险

        在病例对照研究中，统计学比较显示特应性受试者的分布和肺功能存在显著差异 (P=0.0045，表1)。生物监测分析显示，除金属Cd外，所有检测的金属暴露对哮喘发病均有显著风险(图2A)，aORs范围为1.28 ~ 3.48。此外，1,3-丁二烯和PAHs也是显著的危险因素，aORs分别为1.62和2.21。当这组数据按严重程度分层时，严重/非常严重组的风险水平较高，其中Ni、Cu、Zn、As和PAH最为突出(图2B)。此外，与对照组相比，哮喘患者的HEL和4-HNE(一种早期和晚期脂质过氧化物修饰蛋白加合物)的水平显著升高(图2A;aOR分别为2.46和1.43)，尤其是在重度/极重度组(图2B;aORs分别为2.56和2.13)。

        图2 分析环境污染物及其衍生物在哮喘与对照组受试者中的水平。(A)多因素logistic回归分析，并以年龄、BMI和焚烧习惯等因素校正ORs。(B)对生物监测数据按哮喘严重程度分层进行多元logistic回归分析，对BMI、二手烟、家庭和工作场所二手烟及焚烧的差异调整ORs。

        该文对生物监测数据集与环境PM2.5水平的关系也进行了评价。结果显示，除了金属V，1,3-丁二烯衍生物和氧化应激标志物HEL外，哮喘患者的大多数生物监测参数与临床就诊前3天和7天的PM2.5累积水平无关(图3)。

        图3 通过建立模型模拟不同居住环境PM2.5水平的时空变化，将尿中金属、1,3-丁二烯、多环芳烃代谢产物和HEL与临床来访前3天和7天累积的环境PM2.5水平进行相关性分析。HEL，Nε-己酰赖氨酸。

        3、炎症细胞因子和鞘脂代谢物在哮喘中升高

        与健康对照组相比，除了IL-13和IL-10以外，当前哮喘受试者的IL-1β、IL-6、IL-17A、MCP-1和MIP-1β水平显著升高(图4A)。暴露于PAH会诱导鞘脂重构。结果显示，病例组和对照组的S1P和C1P水平均存在相关性(表2)，且在哮喘患者中，S1P和C1P水平均明显高于对照组(图4B、C)。有趣的是，S1P水平与哮喘受试者尿中1- OHPy的水平及对照者尿中1,3-丁二烯代谢物的水平相关，而C1P与哮喘受试者尿中V、Ni、Cu、Cr、Mn、Fe、Pb水平以及对照者尿中金属V、Cr和Fe水平相关(表2)。另外，S1P和C1P水平与哮喘受试者的循环炎症介质水平密切相关(除IL-10和IL-13外)，对照组中只与IL-8水平高度相关(表2)。

        图4 炎症和鞘脂代谢标志物分析。(A)带有z-score的雷达图显示了哮喘患者(n=349)和对照组(n=229)循环炎症标志物水平的差异。哮喘组与对照组之间的(B) S1P和(C) C1P水平。*P<0.05, ***p<0.001. 散点图表示平均值±SEM。C1P，神经酰胺-1-磷酸盐;S1P，鞘氨醇-1-磷酸盐。

        我的观点

        1. 该研究发现，环境中PM2.5及其结合的PAH水平增加，是哮喘急诊和门诊访视人数增多的危险因素。金属、PAH和1,3-丁二烯等环境污染物被确定为哮喘及其严重程度的一组危险因素。在所有哮喘患者中，暴露于金属Ni和PAH后患病风险较高，随后可引起HEL和S1P水平的升高。在哮喘患者中，HEL作为一种早期脂质过氧化标志物，可能是包括PM2.5在内的多源环境暴露的更敏感标志物。

        2. S1P和C1P作为一种潜在的新亚型形式，在不同的哮喘表型集群中均有发现，且其水平均明显高于对照组。哮喘患者S1P水平与尿1-OHPy水平相关，而C1P与尿中金属水平相关，提示调节机制存在差异。另外，S1P和C1P水平与哮喘受试者的循环炎症介质水平密切相关。PAH暴露、AhR-S1P轴和哮喘发病之间存在机制联系。

        3. 由于采用的是横断面设计，该研究有几个潜在的局限性。首先，对变量的选择可能会引起偏差或偏倚。此外，研究人群主要来自大都市居民，不能一概而论，且分层后样本量有限。该研究结果为环境对哮喘及其表型异质性的复杂影响网络提供了参考，独特的生物化学特征可能有助于更好地定义哮喘和识别特定的哮喘表型集群。