PM2.5关键组分（黑碳与硫酸盐）通过系统性炎症加剧慢性肺病患者肺功能下降的机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Impact of PM 2.5 components on lung function deterioration and the modifying effects of systemic inflammation in chronic lung disease patients

本研究针对PM2.5特定毒性组分对慢性肺病患者肺功能的影响机制不清、系统性炎症的修饰作用未明等关键问题，通过全国性横断面研究结合加权分位数和回归模型，首次揭示黑碳（BC）和硫酸盐（SO42?）是导致峰值呼气流速（PEF）下降的核心组分，并证实C反应蛋白（CRP）介导的系统性炎症会显著加剧PM2.5的肺功能损伤效应。该研究为精准防控PM2.5毒性组分和制定高危人群保护策略提供了重要科学依据。

　　

随着工业化进程加速，大气细颗粒物（PM_2.5）污染已成为全球性的公共卫生挑战。慢性呼吸系统疾病（CRDs）作为全球第三大死亡原因，其患病率与PM_2.5暴露密切相关。尽管已有大量研究证实PM_2.5整体浓度对肺功能的危害，但PM_2.5是一个复杂混合物，包含硫酸盐（SO₄^2?）、硝酸盐（NO₃^?）、铵盐（NH₄⁺）、黑碳（BC）和有机质（OM）等多种化学组分，这些特定组分的毒性贡献及其与人体内在因素的交互作用尚不明确。此外，系统性炎症作为连接环境污染与健康损害的重要桥梁，其在PM_2.5导致肺功能下降过程中的修饰作用亟待深入探索。厘清这些问题，对于识别关键毒性组分、揭示生物学机制、制定针对性干预措施以保护慢性肺病患者这一脆弱人群具有重大意义。

为解决上述问题，由北京大学公共卫生学院徐佳玉等研究人员组成的团队，在中国健康与养老追踪调查（CHARLS）这一全国性大型队列的基础上，开展了一项横断面研究。研究聚焦于1182名45-89岁的慢性肺病患者，重点探讨了长期暴露于PM_2.5及其五种主要化学组分与肺功能指标——峰值呼气流速（PEF）之间的关联。研究团队运用了广义线性模型（GLM）评估单一污染物效应，采用限制性立方样条（RCS）探索浓度-反应关系，并利用加权分位数和回归（WQS）分析来识别混合暴露中的关键毒性组分及其联合效应。同时，通过分层分析和交互作用检验，深入探讨了系统性炎症标志物C反应蛋白（CRP）的修饰效应，以及性别、吸烟状况等因素对关联的影响。一系列敏感性分析确保了研究结果的稳健性。

3.1. 描述性统计

研究人群平均年龄为63.66岁，平均PEF为256.04 L/min。PM_2.5及其各组分的三年平均浓度均显著高于世界卫生组织及中国环境空气质量标准限值，且各污染物之间存在高度相关性。

3.2. PM_2.5化学组分与PEF的关联

分析结果显示，长期暴露于PM_2.5及其各化学组分均与PEF的显著下降相关。在校正多种混杂因素后，PM_2.5浓度每增加一个四分位距（IQR），PEF下降5.12%。其组分SO₄^2?、NO₃^?、NH₄⁺、BC和OM每IQR增加分别导致PEF下降5.86%、5.03%、5.67%、5.76%和4.90%。浓度-反应曲线表明，PM_2.5、SO₄^2?、BC和OM与PEF下降之间存在近线性关系。

3.3. 加权分位数和回归分析确定关键毒性组分

WQS回归分析揭示了PM_2.5组分混合物对PEF的总体负面影响。其中，BC和SO₄^2?被识别为最关键的有害组分，权重分别为0.708和0.206。WQS指数每增加一个四分位数，与PEF下降11.20%相关。

3.4. CRP在PM_2.5化学组分与PEF关联中的修饰效应

研究发现，CRP本身与PEF呈负相关，每IQR增加导致PEF下降1.11%。当CRP与PM_2.5各组分同时纳入模型时，二者对PEF的负面影响均有所增强。分层分析进一步显示，在CRP水平较高（≥8 mg/L）的个体中，PM_2.5各组分对PEF的损害效应显著强于CRP水平较低（<8 mg/L）的个体，交互作用检验具有统计学意义。例如，在CRP高水平组，BC暴露每IQR增加导致PEF下降高达27.63%，而在低水平组仅为4.95%。

3.5. 亚组分析

亚组分析表明，男性患者和吸烟者对于PM_2.5及其毒性组分的肺功能损害效应更为敏感。而居住地（城乡）和烹饪燃料类型（固体/清洁燃料）未观察到显著的效应修饰作用。

3.6. 敏感性分析

通过改变暴露时间窗口（2年、5年平均浓度）、排除地址变更者、调整CRP分组截断值、排除PEF极值等一系列敏感性分析，证实了上述关联的稳健性。

本研究通过严谨的设计和多种统计方法，首次在全国范围内慢性肺病人群中系统评估了PM_2.5特定化学组分对肺功能的独立及联合毒性效应，并创新性地揭示了系统性炎症的关键修饰角色。研究结论明确指出，长期暴露于PM_2.5，特别是其关键毒性组分BC和SO₄^2?，会显著损害慢性肺病患者的肺功能，表现为PEF的下降。而体内较高的系统性炎症水平（以CRP为代表）会显著加剧这种损害，表明炎症状态是影响个体易感性的重要因素。此外，男性患者和吸烟者是需要特别关注的高风险人群。

在讨论中，研究者从生物学机制角度阐释了BC和SO₄^2?可能通过诱导氧化应激、引发局部及系统性炎症反应、破坏肺组织结构和功能等途径损害肺功能。CRP作为系统性炎症的核心标志物，其水平升高反映了机体处于促炎状态，这可能放大PM_2.5组分对呼吸系统的攻击效应。

该研究的发现具有重要的公共卫生意义。它不仅为PM_2.5污染治理提供了精准的靶点——优先控制BC（主要来自化石燃料和生物质不完全燃烧）和SO₄^2?（主要来自工业排放）的排放，也为临床实践提供了新思路：对于慢性肺病患者，监测和控制系统性炎症水平可能有助于减轻空气污染带来的健康风险。同时，研究结果强调了对男性吸烟者等高风险人群实施针对性保护措施的必要性。尽管本研究存在横断面设计、部分信息依赖自报、炎症标志物单一等局限性，但其结论为后续开展机制性研究、纵向队列追踪以及制定个性化的环境和健康干预策略奠定了坚实的科学基础。该论文发表于环境健康领域权威期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》，其成果对推动环境流行病学发展和保护公众呼吸健康具有积极贡献。