PM2.5结合多环芳烃(PAHs)短期暴露对老年人群代谢组的差异化影响：代谢通路扰动与健康风险机制解析

这篇研究创新性地结合个体暴露监测与非靶向代谢组学，揭示了PM2.5结合多环芳烃(PAHs)短期暴露对老年人群血浆代谢组的急性扰动。研究发现低分子量PAHs(LMW-PAHs)主要干扰氨基酸代谢，而高分子量PAHs(HMW-PAHs)显著影响脂肪酸/胆固醇代谢通路，冬季毒性效应更显著，为PM2.5健康危害机制提供了关键代谢标志物和潜在干预靶点。

　　

1 引言

空气污染中的细颗粒物(PM_2.5)及其吸附的多环芳烃(PAHs)构成重大健康威胁。世界卫生组织数据显示，全球每年420万人死亡与PM_2.5相关。PAHs作为典型持久性有机污染物，具有致癌、致畸和内分泌干扰特性，其分子量差异导致毒性特征分化：低分子量PAHs(LMW-PAHs)以急性毒性为主，而高分子量PAHs(HMW-PAHs)致癌性更显著。

传统流行病学研究依赖环境固定站点监测，存在暴露评估偏差。本研究采用个体采样器(UPAS V2)精确捕捉老年人实际暴露水平，结合液相色谱-质谱(LC-MS)非靶向代谢组学技术，系统解析PM_2.5-PAHs组分与血浆代谢物的关联网络。

2 材料与方法

2.1 研究人群
112名≥60岁健康老年人纳入研究，排除标准包括慢性代谢性疾病、职业PAHs暴露史等。在2020-2021年冬夏两季采集72小时个体PM_2.5样本及空腹血浆。

2.2 暴露评估
通过超声个体采样器(1L/min流量)收集PM_2.5滤膜，重量法测定质量浓度，高效液相色谱分析14种USEPA优先控制PAHs，包括萘(Nap)、苯并[a]芘(Bap)等，按环数分为2-6环亚类。

2.3 代谢组学分析
Agilent 1260 Infinity II LC/MS系统检测血浆代谢物，XCMS Online平台进行峰对齐和注释，匹配HMDB、KEGG数据库。质量控制采用QC样本校正批次效应。

2.4 统计分析
广义线性模型分析PAHs-代谢物关联，调整年龄、BMI、季节等混杂因素。MetaboAnalyst进行通路富集分析，计算富集因子(EF)评估通路重要性。

3 结果

3.1 暴露特征
PM_2.5中位浓度69.4μg/m³，夏季(75.1μg/m³)高于冬季(63.7μg/m³)。PAHs组成显示LMW-PAHs(2-3环)占比85%，但冬季HMW-PAHs(4-6环)毒性组分显著升高。烹饪活动使LMW-PAHs暴露增加21.7-25.0单位，但降低4-5环PAHs暴露。

3.2 代谢扰动特征
Chr(屈)关联代谢物数量最多，而Nap、Flu等低环PAHs影响较小。火山图显示4-5环PAHs显著改变代谢谱，如Bap与38种代谢物相关。

3.3 通路分析
LMW-PAHs(如Phe)主要扰动谷胱甘肽代谢和TCA循环；HMW-PAHs显著影响胆固醇生物合成(EF=2.1)、花生四烯酸代谢等脂质通路。冬季暴露导致21条通路异常，包括糖代谢和能量代谢紊乱。

关键代谢网络
• 胆固醇轴：24,25-二氢羊毛固醇→维生素D₃→初级胆汁酸合成
• 能量轴：L-谷氨酰胺→5'-磷酸核糖胺→丙酮酸→γ-亚麻酸

4 讨论

研究首次揭示PM_2.5-PAHs组分特异性代谢效应：LMW-PAHs(石油源)通过干扰TCA循环影响能量稳态，可能加剧糖尿病风险；HMW-PAHs(燃烧源)通过LysoPCs等脂质介质促进心血管损伤。冬季PAHs毒性增强可能与室内燃煤、通风减少有关。

个体监测克服传统研究的暴露错分问题，但样本局限单一社区。未来需扩大队列验证代谢标志物，并探究PAHs氧化产物的健康效应。

5 结论

该研究建立PM_2.5-PAHs分子指纹-代谢扰动-健康风险的完整证据链，为敏感人群精准防护提供科学依据。胆固醇代谢和柠檬酸循环通路可能成为干预PAHs健康损害的关键靶点。