PM2.5及其组分对健康退休人群心血管生物标志物的急性影响：一项揭示空气污染心血管毒性机制的面板研究

本刊推荐：为探究短期PM2.5及其化学组分暴露与心血管不良结局的关联，研究人员开展了一项针对健康退休人群的面板研究。研究发现PM2.5暴露可显著升高收缩压（SBP）、平均动脉压（MAP）、心率（HR）、白细胞介素-6（IL-6）和内皮素-1（ET-1），降低组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）和心率变异性（HRV）。金属组分和离子组分与血压升高及HRV降低尤为相关，且性别与GSTT1基因多态性可修饰这些心血管效应。该研究为阐明PM2.5的心血管毒性机制提供了重要证据。

　　

随着工业化进程的不断推进，空气污染已成为全球性的重大公共卫生问题。其中，空气动力学直径≤2.5微米的细颗粒物（PM_2.5）因其能够深入肺部并进入血液循环，对心血管系统产生尤为严重的危害，被公认为是导致心血管疾病（CVD）发病和死亡的重要环境风险因素。尽管已有大量流行病学研究表明，即使是短期暴露于PM_2.5也会增加心血管事件的风险，但其具体的作用机制，以及PM_2.5中复杂的化学组分各自扮演何种角色，尚未被完全阐明。特别是对于退休老年人这一脆弱人群，其心血管健康如何受到环境PM_2.5及其特定组分的影响，以及个体的遗传背景（如抗氧化基因多态性）和性别因素是否会改变这种易感性，是环境健康领域亟待深入探索的关键科学问题。

为了深入解答这些问题，由Zhen An、Lingling Shen、Weidong Wu等研究人员组成的研究团队，在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了一项专门针对健康退休人群的专门研究。该研究采用了一种称为“面板研究（Panel Study）”的先进设计方法，对一批生活在中国的健康退休人员进行了多次重复测量，从而能够更精确地捕捉短期暴露与急性生理反应之间的动态关联。

本研究主要运用了几项关键技术方法：首先，研究采用了面板研究设计，对来自同一退休中心的34名健康退休人员（平均年龄63.56岁）在2018年12月至2019年4月期间进行了共五轮随访，以此控制个体间不随时间变化的混杂因素。环境暴露评估则通过一个固定的环境监测站完成，该站收集了PM_2.5及其18种化学组分（包括5种水溶性离子和13种微量元素）的浓度数据，以及常规气体污染物和气象参数。健康结局的测量涵盖了多维度的心血管生物标志物，包括使用自动血压计测量血压（BP）和心率（HR），通过流式细胞术分析血小板-单核细胞聚集体（PMAs），采用酶联免疫吸附测定（ELISA）和化学发光法检测多种血清生物标志物（如IL-6, IL-8, hs-CRP, 8-OHdG, ET-1, t-PA, LDH），并使用动态心电图仪监测24小时心率变异性（HRV）。在基因分析方面，研究通过聚合酶链式反应（PCR）技术对参与者进行了谷胱甘肽S-转移酶theta 1（GSTT1）基因多态性分型。最后，数据分析采用了线性混合效应模型（Linear Mixed-Effects Model）来评估暴露与健康效应之间的关联，并进行了按性别和GSTT1基因型的分层分析。

3.1. 描述性统计

研究人员成功招募了34名参与者（14名男性和20名女性），其平均身体质量指数（BMI）为26.30 kg/m²。所有参与者均携带GSTP1和GSTM1基因，其中12人为GSTT1基因缺失型（GSTT1-null）。对血压、心率和一系列血清炎症、氧化应激、内皮功能、凝血功能及心肌损伤标志物的测量数据进行了汇总统计。同时，详细记录了研究期间环境空气污染物（如PM_2.5平均浓度为68.27 μg/m³）及其化学组分的浓度水平。结果表明，研究期间PM_2.5浓度远超世界卫生组织（WHO）的空气质量指导值。

3.2. 回归结果

线性混合效应模型分析揭示了短期PM_2.5暴露与多项心血管生物标志物变化的显著关联。

• •

  对血压和心率的影响：分析发现，PM_2.5浓度每增加10 μg/m³，与收缩压（SBP）和平均动脉压（MAP）的升高显著相关，其中对SBP的最大效应估计值出现在滞后1天（lag1），升高了11.15 mmHg。心率（HR）也在滞后5天（lag5）出现显著增加。

• •

  对血清生物标志物的影响：PM_2.5暴露与内皮素-1（ET-1）水平的升高在多时间点呈显著正相关。与此同时，它与组织型纤溶酶原激活剂（t-PA）水平的降低显著相关。对于炎症标志物白细胞介素-6（IL-6），其与PM_2.5的关联呈现出时间依赖性变化。

• •

  对心率变异性（HRV）的影响：PM_2.5暴露与HRV的降低显著相关，具体表现为高频功率（HF）、相邻正常心动周期差值均方根（rMSSD）和相差大于50ms的相邻NN间期百分比（pNN50）的下降，以及低频与高频功率之比（LF/HF）的升高，这表明自主神经功能出现了失衡，交感神经活动相对增强而副交感神经活动减弱。

• •

  PM_2.5化学组分的作用：研究进一步剖析了PM_2.5具体组分的健康效应。结果显示，多种金属元素（Mn, Ni, As, Se, Rb, Sr, Mo, Sb, Cs）和水溶性阴离子（F^?, NO₃^?, PO₄^3?, SO₄^2?）与SBP的升高和pNN50的降低显著相关。值得注意的是，镉（Cd）与平均动脉压（MAP）呈负相关。

3.3. 分层结果

为探究个体因素是否修饰PM_2.5的健康效应，研究进行了分层分析。

• •

  性别差异：分析表明，性别和GSTT1基因多态性改变了其对心血管影响的易感性。PM_2.5暴露对女性心率变异性（HRV）的影响更为显著，而对男性乳酸脱氢酶（LDH）水平的影响更强。

• •

  GSTT1基因多态性：在GSTT1基因缺失型（GSTT1-null）的个体中，观察到PM_2.5暴露更倾向于导致LF/HF比值的升高，而在GSTT1基因充足型（GSTT1-present）的个体中，PM_2.5暴露则显示出增加肌酸激酶（CK）值的趋势。

本研究通过严谨的面板研究设计，综合评估了短期环境PM_2.5及其化学组分暴露对健康退休人群心血管系统的多项急性效应。结果表明，PM_2.5暴露能引发血压升高、心率加快、系统性炎症反应（如IL-6升高）、内皮功能障碍（如ET-1升高）、凝血功能紊乱（如t-PA降低）以及自主神经功能失调（如HRV降低）。这些发现为PM_2.5促进心血管疾病发生发展的多种病理生理机制提供了直接的人群证据。

尤为重要的是，研究不仅关注了PM_2.5的整体质量浓度，还向前迈进了一步，识别出其中特定的有毒化学组分，特别是金属元素和水溶性离子，可能是驱动血压升高和自主神经功能紊乱的关键因素。这提示未来在制定空气污染控制策略时，除了关注PM_2.5的总量控制，更应注重对其特定来源和组分的靶向治理，这有望带来更大的健康效益。

此外，研究揭示了个体遗传背景（GSTT1基因多态性）和性别因素在PM_2.5心血管毒性中的修饰作用。这意味着在相同污染水平下，不同遗传特征和性别的人群所面临的实际健康风险是不同的。这一发现强调了在公共卫生实践中实施精准风险沟通和重点人群保护的必要性，例如，建议易感人群在高污染日采取更严格的个人防护措施。

综上所述，该研究极大地增进了我们对环境PM_2.5，特别是其特定组分，如何损害心血管健康的理解。其研究成果不仅具有重要的科学价值，为环境流行病学提供了新的见解，也为公共卫生政策的制定和个体化健康防护提供了关键的数据支持和理论依据，对于保护脆弱人群健康、减轻空气污染相关疾病负担具有重要意义。