城市PM2.5暴露与街头摊贩颊黏膜微核（MN）频率的纵向重复测量面板研究：气候季节未显著修饰遗传毒性关联

《International Journal of Hygiene and Environmental Health》：Urban air pollution and genotoxic damage in street vendors: a longitudinal repeated-measures panel study

　　

城市空气污染仍是主要环境健康挑战，然而，将颗粒物暴露与遗传毒性生物标志物联系起来、跨对比气候条件的纵向证据仍有限。本研究探讨了巴西Uberlandia城市工作者颗粒物暴露、气候季节与染色体损伤之间的关联。研究人员开展了一项前瞻性重复测量面板研究，纳入238名男性参与者，完成四个采样活动，跨越雨季和旱季，包括116名在中心城区工作的街头摊贩和122名在参考区域工作的正式室内摊贩。在七个固定监测点监测环境PM₁、PM_2.5和PM₁₀浓度，并通过脱落颊黏膜细胞微核（micronucleus, MN）试验评估遗传毒性损伤。颗粒物浓度在各采样活动间差异显著（p < 0.001），并在中心城区工作环境中持续较高。MN频率也显示显著时间变化，且在全部采样活动中街头摊贩持续较高（p < 0.05），而双核细胞（binucleated cells, BN）频率未见显著时间变化。在考虑重复测量和空间异质性的多变量Poisson广义估计方程（generalized estimating equations, GEE）模型中，较高PM_2.5浓度在雨季（IRR = 1.024 per 1 μg/m³ increase; 95% CI: 1.013–1.034）和旱季（IRR = 1.026; 95% CI: 1.019–1.034）均与MN频率正相关。PM_2.5 × 季节交互作用无统计学显著性（p = 0.378），未提供气候季节修饰PM_2.5与MN频率关联的证据。这些发现表明，在对比气候条件下，环境PM_2.5浓度与染色体损伤之间存在一致正相关，同时城市职业环境之间颗粒物暴露和MN频率存在显著差异。将环境监测与纵向人体生物监测相结合，可为城市环境健康监测提供有用框架。

该研究由Boscolli Barbosa Pereira、Thalita Pessoa Campos、Isadora Gomes de Souza、Vanessa Santana Vieira Santos和Jo?o Vitor Meza Bravo完成。研究背景方面，城市空气污染被广泛认为是全球人类健康最重大的环境威胁之一，环境颗粒物暴露与每年数百万过早死亡相关，主要经心血管和呼吸通路。细颗粒物（PM_2.5，空气动力学直径≤2.5 μm的颗粒物）可深入远端气道，穿过肺泡-毛细血管屏障进入系统循环，并启动以氧化应激、促炎信号、基因组不稳定和遗传毒性为特征的分子级联。城市颗粒物是化学异质混合物，来源包括车辆排放、工业活动、生物质燃烧和二次大气反应。交通相关空气污染尤其柴油尾气，含超细颗粒、有机化合物、过渡金属和其他具遗传毒性潜力的氧化还原活性成分。实验和流行病学证据显示，交通来源颗粒物暴露与DNA链断裂、染色体畸变、表观遗传改变和有丝分裂过程紊乱相关。颊黏膜脱落细胞微核（MN）试验已成为评估人群染色体损伤的稳健、微创生物标志物，可检测染色体断裂导致的断裂剂事件和纺锤体功能障碍或染色体错误分离导致的非整倍体事件。尽管PM_2.5浓度季节波动已被广泛记录，但关于气候季节是否修饰颗粒物暴露与早期遗传毒性损伤关联的纵向生物监测证据仍有限。非正式城市工作者，尤其街头摊贩，常在交通密集商业走廊、公共交通终站和拥堵路口附近工作，暴露于高浓度燃烧来源颗粒；在中低收入国家，这类街头职业还常与较低收入、有限社会和劳动保护及较长工作时间并存。基于此，研究人员假设中心高交通城市环境中街头摊贩MN频率高于低暴露参考区正式室内摊贩，较高环境PM_2.5与MN频率增加相关，且气候季节会修饰该关联，旱季更强。研究主要目标是检查环境PM_2.5暴露、气候季节和MN频率在重复监测活动中的纵向关联，PM₁和PM₁₀作为探索性指标。研究采用重复测量面板设计，可在同一人中评估不同季节时期的短期暴露-反应动态，减少个体间变异并加强纵向暴露-反应评估。通过聚焦中心公共交通终站附近非正式街头摊贩并与低暴露城市环境正式室内摊贩比较，研究提供了结构模式化暴露差异的真实世界证据。研究整合大气、生物、气候和社会经济维度，检验气候条件是否修饰城市空气污染与遗传毒性损伤关联，并为快速城市化地区环境与职业健康监测策略提供概念和方法基础。

关键技术方法概括方面，研究在巴西Uberlandia、Minas Gerais开展前瞻性重复测量面板研究，四个季节性采样活动跨两年。样本队列来源为Uberlandia城市工作者，源人群约400名中心区街头摊贩和450名Santa M?nica主要零售区工人，最终纵向分析纳入完成全部四轮活动的238名男性，包括中心区116名街头摊贩和Santa M?nica 122名正式室内摊贩，共952个参与者-活动观察。环境监测在七个固定点进行，三个在中心城区、四个在Santa M?nica，使用便携式气溶胶监测仪测定PM₁、PM_2.5和PM₁₀；遗传毒性以颊黏膜脱落细胞MN试验评估，每参与者每活动计数2000个细胞；气候按降水分类雨季和旱季，并用归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）表征城市绿度；统计采用多变量Poisson广义估计方程（GEE），以参与者为聚类变量，并纳入监测点固定效应和敏感性双向聚类稳健协方差分析。

研究结果如下。参与者流程与最终分析样本方面，最初接触400名工人，61名不符合标准，C1纳入339名，随后C2为308名、C3为281名、C4为238名；101名失访，其中31名退出、70名无法重新定位，最终纵向样本为238名，包括116名中心区街头摊贩和122名Santa M?nica正式室内摊贩。空间表征与植被指数方面，中心区建筑密集、商业活动强烈、交通密度高且植被覆盖有限；Santa M?nica为混合住宅-商业用地，树木和城市绿色基础设施相对较多。NDVI值显示中心区持续较低，Santa M?nica较高，支持两区环境结构差异。气象条件方面，四个采样活动符合Aw热带稀树草原气候，干冬湿夏；2023年6月和2024年7月为旱季，相对湿度较低且降雨极少；2023年2月和2024年1月为雨季，降水和高湿度水平显著较高；各活动平均温度均高于20°C。颗粒物浓度方面，PM₁、PM_2.5和PM₁₀在四个活动中具有显著时间变异（Friedman检验，均p < 0.001）。街头摊贩在旱季C4达到峰值，PM_2.5和PM₁₀均值分别为33.14 ± 1.84 μg/m³和41.72 ± 1.94 μg/m³；街头摊贩最低PM_2.5出现在雨季C1，为23.69 ± 2.14 μg/m³。正式室内摊贩也存在时间变化，但浓度显著较低。所有活动中，街头摊贩工作环境PM₁、PM_2.5和PM₁₀均显著高于正式室内摊贩（Mann-Whitney U检验，p < 0.001）。中心工作环境PM_2.5范围为23.69–33.14 μg/m³，Santa M?nica参考环境为3.57–5.54 μg/m³，前者约高4.5–8.4倍。描述性颗粒物浓度未在两个研究区间表现统一季节模式。基线人口学、职业与生活方式特征方面，暴露组年龄显著更大、受教育年数更少（p < 0.001），街头摊贩每日工作时间更长、家庭人均收入显著更低（两项p < 0.001），体重指数（BMI）无差异（p = 0.957），当前吸烟比例无显著差异（p = 0.877），饮酒无显著差异（p = 0.953）。遗传毒性生物标志物方面，MN频率在两组四个活动间均有显著组内变异（对照组χ² = 63.70，暴露组χ² = 18.04，p < 0.05）。街头摊贩MN频率在后期活动增加，C4旱季达到最高粗均值7.28 MN/1000个细胞；参考组最高粗均值出现在C3。双核细胞（BN）频率相对稳定，两组均无显著时间变异（对照组χ² = 3.31，暴露组χ² = 1.82，p > 0.05）。所有活动中街头摊贩MN频率均高于正式室内摊贩（Mann-Whitney U检验，p < 0.05），BN频率无显著组间差异，因此MN频率作为主要遗传毒性终点。相关热图与层次聚类方面，PM₁、PM_2.5和PM₁₀紧密聚类并与MN频率强正相关（r = 0.733–0.768）；BN频率与颗粒物仅弱相关（r = 0.061–0.066）；教育水平和家庭人均收入与颗粒物浓度及MN频率负相关（r = ?0.653至?0.432）；每日工作时间与颗粒物浓度中度正相关（r = 0.399–0.427）。纵向多变量GEE分析方面，雨季PM_2.5每增加1 μg/m³，预期MN频率高2.4%（IRR = 1.024；95% CI：1.013–1.034；p < 0.001）；PM_2.5 × 旱季交互作用无统计学显著性（IRR = 1.002；95% CI：0.997–1.008；p = 0.378）。旱季PM_2.5关联为正且显著（IRR = 1.026；95% CI：1.019–1.034；p < 0.001），即约高2.6%。在总体平均PM_2.5浓度时，旱季与较低预期MN频率相关（IRR = 0.857；95% CI：0.810–0.906；p < 0.001）。家庭人均收入较高与MN频率负相关（每增加R$1000，IRR = 0.953；95% CI：0.917–0.992；p = 0.017），年龄、教育年数和每日工作时间无显著关联。敏感性分析方面，双向聚类稳健协方差估计与主分析一致：雨季PM_2.5仍正相关（IRR = 1.024；95% CI：1.009–1.039；p = 0.001），PM_2.5 × 旱季交互仍不显著（IRR = 1.002；95% CI：0.994–1.011；p = 0.571），旱季PM_2.5关联仍正且显著（IRR = 1.026；95% CI：1.014–1.038；p < 0.001），离散估计0.730未显示过离散。

讨论部分总结，该纵向重复测量面板研究提供证据表明，环境PM_2.5浓度与颊黏膜脱落细胞MN频率评估的染色体损伤呈正相关。较高PM_2.5浓度在雨季和旱季均与MN频率增加相关，无统计学显著证据表明气候季节修饰该关联幅度。中心城区2小时监测的PM_2.5均值在四个活动中数值上高于2021年WHO全球空气质量指南24小时PM_2.5推荐值15 μg/m³，而Santa M?nica参考环境显著较低；但研究采用重复2小时职业监测而非连续24小时测量，因此不能构成WHO指南超标的正式评估。PM_2.5化学异质，可能含过渡金属（Fe、Cu、Ni、Cr和V）、元素碳、二次无机气溶胶和燃烧来源有机化合物如多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）。过渡金属可参与Fenton型和Haber-Weiss反应，促进羟基自由基和其他活性氧（reactive oxygen species, ROS）生成，导致氧化DNA损伤，包括8-oxo-2′-deoxyguanosine、单链和双链DNA断裂及脱碱基位点；修复不足时可致染色体断裂和基因组不稳定。染色体片段或整条染色体在细胞分裂时未能进入子核，可形成微核。PAHs可经细胞色素P450包括CYP1A1代谢活化，生成能与DNA形成加合物的反应性代谢物，干扰DNA复制和染色体完整性。较小颗粒具有较高表面积-质量比，促进氧化还原活性化合物吸附和运输。实验证据还表明，颗粒诱导的线粒体功能障碍和氧化应激可致细胞和染色体损伤。炎症通路亦可能参与，吸入颗粒激活肺上皮细胞和巨噬细胞，刺激白细胞介素-6（interleukin-6, IL-6）和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-alpha, TNF-α）等促炎介质释放，持续炎症信号可增加系统性氧化和亚硝化应激，影响DNA修复、细胞周期调控和染色体分离。与初始假设相反，气候季节未显著修饰PM_2.5与MN频率关联。旱季条件可能影响大气颗粒浓度、道路尘埃再悬浮、沉积和化学转化，但本研究颗粒物浓度未在两个研究区呈现统一季节模式：街头摊贩最高PM_2.5出现在旱季C4，而正式室内摊贩最高浓度出现在雨季C3。因此气候季节应解释为评估PM_2.5-MN关联的环境背景，而非已证实的修饰因子。城市土地利用和职业微环境提供重要背景：中心商业区交通密集、公共交通活动强，PM_2.5约高4.5–8.4倍；街头摊贩户外工作且每日工作时间更长，正式摊贩主要在室内。但职业组、研究区、交通环境和室内/室外工作环境在设计上结构对齐，无法解耦独立贡献，组间差异应解释为城市职业微环境复合对比。较低城市绿度是另一环境差异，NDVI应解释为城市绿度背景指标而非介导证据。社会经济差异方面，街头摊贩年龄更大、受教育年数更少、工作时间更长、家庭人均收入更低；多变量GEE中家庭人均收入仍与MN频率负相关，每增加R$1000预期MN频率约低4.7%，教育与每日工作时间调整后无独立关联。收入负关联可能反映更广泛社会经济差异，但生物或社会通路不能从本研究数据确定。研究结果与既往城市空气污染暴露人群颊微核试验研究一致，并扩展了文献：将重复人体生物监测与四个雨旱季活动的重复环境测量结合，而非仅依赖横断面职业组比较，从而在同一参与者中评估重复结局与活动特异PM_2.5关系。局限性包括：遗传毒性主要用颊细胞MN频率评估；PM暴露来自固定监测点而非个人测量，可能有个体暴露错分；职业组、城市位置、交通环境和室内/外工作设定结构对齐，限制独立贡献分离；残余混杂可能；PM_2.5质量浓度不捕获化学组成、源谱或氧化潜力；纵向分析限于完成全部四轮者，失访选择不能排除。尽管如此，重复评估和主分析及敏感性分析一致性加强了环境PM_2.5浓度与MN频率在雨季和旱季正相关的证据。

研究结论部分翻译：本研究采用的重复测量设计证明，环境PM_2.5浓度与脱落颊细胞微核（MN）频率之间存在一致正相关，强化了MN作为城市空气污染暴露人群染色体损伤早期生物标志物的效用。较高PM_2.5浓度与雨季和旱季MN频率增加相关，无统计学显著证据表明气候季节修饰该关联的幅度。两个职业环境之间颗粒物浓度和粗MN频率的显著差异进一步表明，高交通城市环境中的工人可能经历不成比例的环境和生物负担，尽管本研究设计无法解耦职业组、城市位置、交通环境和室内/室外工作环境的独立贡献。这些发现支持将环境监测和纵向人体生物监测整合到城市环境和职业健康监测中，特别是对高交通环境中的工人。旨在减少交通相关颗粒物排放、改善中心交通和商业区环境条件以及加强街头工人健康保护的战略，可能有助于降低暴露相关风险。通过整合重复环境测量、人体生物监测、气候条件以及社会经济和职业特征，本研究提供了理解城市暴露不平等的框架，并为快速城市化地区的环境和职业健康规划提供证据。