圣华金河谷家庭多环芳烃与挥发性有机物暴露的尿液生物标志物研究

《Toxics》：Urinary Biomarkers of Exposure to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons and Volatile Organic Compounds in San Joaquin Valley Families

　　

中文摘要翻译 加利福尼亚州圣华金河谷（San Joaquin Valley）拥有全美最差的空气质量之一。室外空气污染加剧带来的健康影响可能因使用某些消费品或个人活动导致的室内空气质量不佳而进一步加重。BiomSPHERE研究测量了加利福尼亚州斯托克顿（Stockton）和弗雷斯诺（Fresno）居民与空气污染相关的尿液暴露生物标志物。研究人员于2023年从64对成人-儿童配对中采集了尿液样本。测定了尿液中四种多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）和五种挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs）的代谢物。通过问卷调查收集了人口统计学特征和潜在暴露来源的信息。所有PAHs（芴、萘、菲、芘）和四种VOCs（丙烯醛、丙烯腈、巴豆醛、环氧丙烷）的代谢物在超过85%的样本中被检出。2-羟基萘（2-hydroxynaphthalene, 2-NAP）是唯一在BiomSPHERE成人和儿童中浓度高于美国国家健康与营养调查（National Health and Nutrition Examination Survey, NHANES）全国代表性水平的PAH代谢物。2-NAP浓度在成人和儿童之间显著相关（p < 0.05），提示存在共同的暴露来源。2-NAP浓度在西班牙裔/拉丁裔参与者以及近期使用清洁产品、空气清新剂和含香个人护理产品的参与者中显著更高（p < 0.05）。对于非吸烟成人，VOCs代谢物丙烯醛、丙烯腈和环氧丙烷在BiomSPHERE中的浓度显著高于NHANES。需要进一步研究以确定2-NAP和VOC尿液代谢物浓度升高的来源。

论文解读

一、研究背景与意义

加利福尼亚州圣华金河谷（San Joaquin Valley, SJV）是全美空气污染最严重的地区之一，经常无法达到联邦空气质量标准。加州第617号议会法案（Assembly Bill 617, AB 617）指示加州空气资源委员会识别受空气污染影响不成比例的社区并提供针对性资源以减轻暴露。斯托克顿（Stockton）和南中弗雷斯诺（South Central Fresno）分别于2019年和2020年被认定为AB 617社区。根据CalEnviroScreen这一基于地理位置的评估工具，南中弗雷斯诺社区位列加州最差的3%人口普查区之内，表明其承受着显著的累积影响负担。

室内空气质量差可能加剧室外空气污染对已承受不成比例环境和累积影响负担的社区的影响。个人活动如消费品使用或烹饪习惯可能降低室内空气质量并增加有害化学物质的暴露。多环芳烃（PAHs）和挥发性有机物（VOCs）是两类重要的室内和室外空气污染物。PAHs是一类半挥发性化合物，可存在于气相和颗粒相中；美国环境保护署（EPA）已将16种PAHs列为优先污染物。VOCs是从消费品、工业过程和其他来源排放到空气中的气体，可促进地面臭氧和二次有机气溶胶等二次空气污染物的形成。

PAHs和VOCs可由室外和室内来源共同产生。室外来源包括机动车燃料燃烧和工业活动；室内来源包括吸烟或电子烟使用、燃气器具使用、高温烹饪方法、家具排放以及清洁产品、含香个人护理产品和空气清新剂等消费品的使用。已有研究将PAH和VOC暴露与癌症风险增加、神经系统疾病和全因死亡率等不良健康结局相关联。然而，大部分研究集中在职业暴露人群，关于加州普通社区居民VOC暴露的信息有限。因此，BiomSPHERE研究的生物监测部分旨在评估弗雷斯诺和斯托克顿家庭中的PAH和VOC暴露，并识别这些空气污染物在成人和儿童中的暴露模式和潜在室内来源。

二、研究设计与技术方法

研究人员从斯托克顿和弗雷斯诺地区的64个家庭中各招募一名成人和一名儿童，家庭须包含至少一名3至13岁儿童以及一名讲西班牙语或英语的父母或祖父母。弗雷斯诺的52个家庭由中央加州哮喘协作组织（CCAC）招募，斯托克顿的12个家庭由小马尼拉崛起组织（LMR）招募。研究于2023年2月至11月期间进行入户访问。参与者在连续两天内接受访问：第一天填写采样前问卷并领取尿液采集工具，第二天早晨提供首次晨尿样本，随后填写采样后问卷以收集前一天和采样当天早晨的潜在暴露相关行为信息。子研究中的8个家庭连续四天提供每日首次晨尿样本。

共174份尿液样本（87份成人和87份儿童样本）接受了PAH、VOC和尼古丁代谢物分析。PAH代谢物采用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）和气相色谱-质谱法（GC/MS）分析；VOC代谢物采用高效液相色谱-串联质谱法（HPLC-MS/MS）结合电子捕获大气压化学电离（ECAPCI）分析；尼古丁代谢物采用LC/MS分析。质量控制样本满足接受标准，所有现场空白均低于定量限（LOQ）。统计分析采用几何均数，低于LOQ的值按LOQ/√2插补。比重调整用于统计分析和问卷关联分析，肌酐调整用于与NHANES的比较。研究人员使用加权t检验比较BiomSPHERE与NHANES的代谢物水平，使用Pearson相关分析评估代谢物间及成人与儿童间的相关性，使用组内相关系数（ICC）评估短期变异性，并使用多变量线性回归模型评估问卷变量与代谢物水平的关联。

三、研究结果

3.1 描述性统计

成人平均年龄42岁（范围28-66岁），儿童平均年龄9岁（范围3-13岁）。大多数成人为女性（97%），参与者以西班牙裔/拉丁裔为主（69%），近半数（48%）报告西班牙语为主要语言。多数参与者居住在弗雷斯诺（81%），超过半数（56%）报告家庭年收入低于30,000美元。在成人和儿童中，PAH和VOC代谢物的检出均十分普遍。检出率最高的PAH代谢物为2-NAP（检出频率100%），以及2-FLUO、1-PHEN和1-PYR（检出频率>85%）。2-NAP在成人和儿童中的几何均数浓度最高（分别为16,000 ng/L和13,000 ng/L）。VOC代谢物中，3-HPMA、HPMMA、2-HPMA和CNEMA在超过90%的样本中检出，PMA检出率为31%。丙烯醛代谢物3-HPMA在成人和儿童中的几何均数浓度最高（分别为270 ng/mL和320 ng/mL）。

3.2 与NHANES的比较

在PAHs中，2-NAP水平在BiomSPHERE成人和儿童中均显著高于NHANES参与者。其他PAH代谢物的几何均数要么与NHANES相似，要么更低。当研究人群限制为非吸烟者时结果相似。在VOCs中，BiomSPHERE与NHANES参与者的水平总体相似；但限制为非吸烟成人时，2-HPMA、3-HPMA和CNEMA在BiomSPHERE中显著高于NHANES。BiomSPHERE中西班牙裔/拉丁裔参与者的2-NAP水平显著高于白人参与者，且BiomSPHERE中西班牙裔/拉丁裔参与者的2-NAP水平显著高于NHANES中墨西哥裔美国人或其他西班牙裔参与者；而BiomSPHERE与NHANES的白人成人2-NAP水平相似。

3.3 BiomSPHERE中PAH和VOC的相关性

大多数PAH代谢物之间强相关（r = 0.63-0.85），但1-NAP和2-NAP除外。1-NAP与其他PAH代谢物仅中度相关（r = 0.37-0.54），2-NAP仅与2-FLUO弱相关，与其他PAH代谢物均不相关，提示2-NAP存在独特的暴露来源。所有VOC代谢物之间中度相关（r = 0.36-0.56）。在所有尿液代谢物中，2-NAP在成人与儿童之间的相关性最强（r = 0.80）。基于8个家庭连续四天采样的分析显示，2-NAP在成人（ICC = 0.94）和儿童（ICC = 0.88）中均表现出优异的组内重复性，表明个体暴露相对稳定。

3.4 尿液代谢物浓度与家庭信息的关联

使用各种消费品与2-NAP水平显著正相关。空气清新剂（成人β = 1.80，儿童β = 2.16）和插电式空气清新剂（成人β = 3.69，儿童β = 3.08）的使用与成人和儿童2-NAP水平升高相关。清洁产品使用数量（成人β = 1.20，儿童β = 1.21）、通用喷雾或气溶胶清洁剂（成人β = 2.79，儿童β = 2.34）和含漂白剂产品（成人β = 1.77，儿童β = 1.81）的使用也与成人和儿童2-NAP水平显著相关。成人中使用香水（β = 2.20）和含香身体乳（β = 1.98）与2-NAP水平显著正相关。经Benjamini-Hochberg假发现率校正后，仅插电式空气清新剂使用与2-NAP的关联在成人和儿童中保持显著。儿童中燃气灶使用与∑FLUO和∑PHEN代谢物显著正相关，电炉使用与之显著负相关。VOC代谢物方面，成人中玻璃清洁剂使用与CNEMA显著正相关（β = 2.25），但经多重比较校正后无关联保持显著。西班牙裔/拉丁裔参与者使用空气清新剂、香水和含香身体乳的可能性几乎是其他族裔的两倍。

四、讨论与结论

研究人员发现BiomSPHERE参与者的2-NAP水平显著高于NHANES参考人群，且非吸烟成人中丙烯醛、丙烯腈和环氧丙烷的代谢物水平也显著更高。2-NAP与1-NAP不相关，提示暴露可能直接来自2-NAP本身或可代谢为2-NAP的其他化学物质，而非仅来自萘。2-NAP在成人与儿童间的强相关性和优异的组内重复性表明存在共同且相对稳定的暴露来源。研究识别出清洁产品、空气清新剂和香水等消费品使用与2-NAP水平的显著正相关，其中插电式空气清新剂因持续使用模式导致效应量更大。西班牙裔/拉丁裔参与者2-NAP水平更高可能反映社会经济或结构性因素，如住房条件、社区特征和消费品获取的不平等分布，而非族裔本身作为暴露决定因素。研究局限性包括样本量较小、特定地理区域、横断面设计以及无法识别含香产品中的具体成分。未来研究将结合室内外空气监测数据进一步阐明尿液代谢物的来源。研究结论指出，2-NAP、3-HPMA、CNEMA和2-HPMA与多种不良健康结局相关，需要进一步研究以更好地理解导致这些化学物质尿液水平升高的个人暴露来源。