自然环境与建成环境与心力衰竭风险：英国生物银行中的全暴露组分析

《Environmental Reviews》：Natural and Built Environments and Heart Failure Risk: An Exposome-Wide Analysis in the UK Biobank

基于UK Biobank前瞻队列研究，分析241种环境暴露与心力衰竭（HF）风险关联，发现自然空间和基础设施完善降低HF风险，空气污染、工业邻近及高交通密度增加风险，BMI起中介作用。优化社区规划和污染控制或可减轻HF负担。

　　

黄学伟|尹思雨|姚萌|雷芳|刘卫芳|林丽进|孙涛|曹圆圆|张星远|李茹|王丽文|胡玉峰|白兰|蔡静静

中南大学第三湘雅医院心脏病学系临床研究中心，中国长沙

摘要

自然环境和人造环境与心血管健康密切相关，然而导致心力衰竭（HF）风险的环境因素仍知之甚少。在377,694名基线时没有心力衰竭的英国生物银行（UK Biobank）参与者中，我们采用全暴露组（exposome-wide）方法分析了241种环境暴露与心力衰竭发病风险之间的关联。我们的分析包括通过Cox回归进行的全暴露组关联研究（ExWAS）、使用正则化Cox回归和LightGBM模型识别关键暴露因素，以及通过自组织映射和k-means聚类进行模式识别以评估累积效应。在调整混杂因素和多重检验后，有54种暴露因素与心力衰竭风险显著相关。结合正则化模型和LightGBM的结果，我们发现自然空间较大和空气污染较低具有保护作用，而靠近工业设施和高交通密度则是风险因素。研究确定了7种环境模式，其中高自然环境和完善的基础设施与较低的心力衰竭风险相关。BMI被发现可以调节这些环境因素与心力衰竭之间的关联。我们的研究结果表明，自然环境和人造环境与心力衰竭风险密切相关，针对减少环境污染和优化社区设计的策略可能为减轻心力衰竭负担提供有效途径。

引言

心力衰竭（HF）是一种异质性临床综合征，其特征是心脏无法泵送足够的血液来满足身体的需求¹。心力衰竭通常由严重的心脏损伤引起，其具体的病理生理机制和临床表现取决于病因和疾病严重程度^{2, 3}。全球有超过6000万人受到心力衰竭的影响⁴。尽管心力衰竭在年轻人中的发病率逐渐增加，但年龄增长仍然是最重要的风险因素，每增加十年，患病率大约翻倍^{3, 5}。冠状动脉疾病、高血压、肥胖和糖尿病是心力衰竭的主要心血管代谢风险因素^{3, 6}。因此，随着人口老龄化和心血管风险因素的增加，心力衰竭的全球负担预计将持续上升⁶。心力衰竭的预后较差，5年生存率仅为57%，这突显了识别其风险因素的公共卫生重要性⁷。最近的研究表明，环境暴露而非遗传因素是衰老和与年龄相关疾病的主要驱动因素⁸。不良的自然和人造环境因素已被认为是心血管疾病的关键风险因素^{9, 10, 11, 12}。然而，与其他心血管疾病相比，关于心力衰竭发病机制的环境决定因素仍存在显著的知识空白。

以往的研究主要集中在孤立的环境因素上，如空气污染和噪音^{13, 14, 15}。最近的研究强调了自然环境和饮食环境的潜在作用^{16, 17}。然而，环境因素之间的高度相关性使得这些发现难以准确解释¹⁸。因此，有必要详细评估多方面的现实世界环境暴露与心力衰竭风险之间的关系。

暴露组（exposome）的概念于2005年提出，涵盖了整个生命周期中遇到的所有环境暴露，包括自然环境、人造环境和社会环境中的暴露^{19, 20, 21}。这一框架已成为一种有价值的科学工具，可以减少选择性报告偏差，并考虑多种暴露的联合效应²²。

在这项研究中，我们采用全暴露组分析方法，系统地调查了241种环境暴露与超过37万名英国生物银行（UKB）参与者中新发心力衰竭之间的关联。我们的主要分析包括三个部分：（1）评估每种个体环境暴露与心力衰竭风险之间的关联；（2）识别关键环境暴露；（3）通过环境模式识别来评估多种暴露的累积影响。此外，我们还探讨了环境暴露对心力衰竭风险影响的潜在途径。

参与者

英国生物银行（UKB）是一项在英国进行的大型前瞻性队列研究，2006年至2010年间招募了50多万名40-69岁的参与者，并持续进行随访。UKB收集了关于社会人口统计学特征、医疗史、生活方式和心理社会因素的广泛数据，以及生理测量和生物样本。该队列的详细信息已在先前研究中描述^{23, 24}。UKB获得了西北多中心研究伦理委员会的批准

参与者特征

本研究共纳入了377,694名基线时具有环境暴露数据且无心力衰竭病史的参与者。他们的基线特征见表1。与被排除的参与者相比，纳入分析的参与者教育水平较低（标准化平均差异=0.12，补充表3），其他特征相似。参与者来自英格兰的16个评估中心。UKB的招募中位年份为

讨论

基于超过37万名英国生物银行参与者的前瞻性队列，我们的系统分析了自然环境和人造环境对心力衰竭风险的影响。通过ExWAS、弹性网络Cox回归和LightGBM的研究结果，我们发现自然环境和完善的社区基础设施与心力衰竭风险呈保护性关联，而空气污染、靠近工业设施和密集的交通网络则是增加风险的主要环境因素。

结论

本研究系统评估了241种自然和人造环境因素对心力衰竭风险的影响，强调了优化社区规划和污染控制在减轻心力衰竭负担方面的潜力。特别是在发展中国家快速城市化的地区，迫切需要进一步的研究，以制定促进心血管健康的政策干预和城市设计策略。

作者贡献声明

胡玉峰：资金获取、数据管理。王丽文：数据管理。尹思雨：正式分析、调查、方法学、可视化、初稿撰写。黄学伟：初稿撰写、正式分析。曹圆圆：数据管理。孙涛：数据管理。李茹：数据管理。张星远：数据管理。雷芳：正式分析。蔡静静：初稿撰写、监督、资源协调、资金获取。姚萌：初稿撰写、正式分析。

数据可用性

本研究使用的所有数据均来自英国生物银行（https://www.ukbiobank.ac.uk/），所有研究人员均可通过向英国生物银行提交数据使用请求来获取数据。

资助

本研究得到了非传染性疾病-国家重点科技项目（2023ZD0503300）、湖南省自然科学基金重点资助（2024JJ3043）、国家自然科学基金（81870171, 82270615）、江西省重点研发计划（20243BCC31005）、江西省“开放竞争引领”重点研发计划（20223BBG71008）以及江西省****的支持

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢英国生物银行研究的所有参与者和工作人员。