呼吸道微塑料负荷与肺部恶性肿瘤的关联：一项前瞻性支气管镜配对采样研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Higher respiratory microplastic burden in patients with lung malignancy: A prospective bronchoscopy study

　　

专业术语翻译 摘要 全球塑料产量呈指数级增长，塑料持续碎裂为微塑料（microplastics，MPs），使其在包括环境空气在内的各环境介质中无处不在，吸入因此成为日益受到关注的暴露途径，呼吸道成为空气微塑料与人体的首要接触界面。尽管微塑料已在环境样本中被持续检出，但其在人类呼吸道各分区内的存在与分布仍未完全阐明，且在方法学上颇具挑战。近期人体研究已在支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage，BAL）和肺组织中鉴定出微塑料，然而多数研究仅考察单一分区，限制了对患者内部不同分区之间的直接比较。肺癌为填补上述空白提供了临床相关的研究场景。本研究纳入100例因疑似肺部恶性肿瘤接受诊断性支气管镜检查的成人受试者，其中50例为新诊断肺部恶性肿瘤患者，50例为非恶性对照；以BAL作为主要采样基质，并在亚组中实施配对的气道-组织采样。研究旨在量化各呼吸道分区内的微塑料负荷及颗粒特征，比较恶性肿瘤组与对照组之间的差异，并探索其与吸烟暴露、癌症亚型及部分血液标志物的关联。结果显示，在100例患者的150份呼吸道样本（100份BAL及50份组织样本）中，光学鉴定出232个疑似微塑料颗粒，其中碎片210个（91%）、纤维22个（9%）。微塑料在70/100例患者（70%）及91/150份样本（60%）中被检出，其中BAL样本检出率为56/100（56%），组织样本为35/50（70%）。恶性肿瘤患者BAL样本中微塑料检出频率更高（33/50 [66%] vs 23/50 [46%]；Pearson χ2=4.06，p=0.044），BAL颗粒计数亦更高（中位数1 [IQR 3] vs 0 [IQR 1]；Mann-Whitney U=975.5，p=0.045）。在校正年龄、性别及累积吸烟暴露（包-年）的多变量logistic回归中，log转换后的BAL微塑料负荷与恶性肿瘤仍显著相关（OR 2.00，95% CI 1.01–3.95，p=0.046）。在配对亚组（50例患者，100份样本）中，恶性肿瘤患者微塑料检出频率（26/26 [100%] vs 19/24 [79%]；Fisher精确检验p=0.020）及总负荷（U=199，p=0.025；r=0.32）均更高。值得注意的是，恶性肿瘤亚组内BAL与活检组织微塑料计数呈负相关（Spearman ρ=-0.6，p=0.001），提示气道与组织分区之间颗粒分布存在区室性分离。拉曼光谱分析显示，在117个接受光谱表征的颗粒中，65个（56%）呈现合成-人为来源特征，其中19个实现聚合物确认（聚丙烯n=17、聚乙烯n=2），46个以颜料为主（最常见为铜酞菁CuPC，n=32）；其余52个（44%）仅产生荧光光谱而无法进行聚合物归属。本研究采用前瞻性配对分区设计，结合严格的污染控制流程与拉曼光谱表征，发现光学鉴定的疑似微塑料在肺部恶性肿瘤患者中检出频率更高、负荷更大，且恶性肿瘤与气道-组织微塑料分布的改变相关。然而，该关联可能反映暴露、清除或滞留方面的差异，而非直接的因果作用。研究结论强调，需将临床采样与严格的颗粒鉴定方法相结合，以更好地阐明微塑料在人类呼吸道疾病中的存在及其潜在生物学意义。

论文解读文章

一、研究背景与问题提出

全球塑料产量呈指数级增长，塑料制品在环境中持续碎裂为微塑料（microplastics，MPs），即粒径小于5mm的塑料碎片或纤维，现已广泛存在于包括环境空气在内的各环境介质中。吸入因此成为日益受到关注的微塑料暴露途径，呼吸道成为空气微塑料与人体之间的首要接触界面。尽管微塑料已在环境样本中被持续检出，但其在人类呼吸道各分区内的存在与分布仍未完全阐明，且方法学上面临诸多挑战。近期人体研究已在支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage，BAL）和肺组织中鉴定出微塑料，但多数研究仅考察单一分区，限制了对患者内部不同分区之间的直接比较。BAL可能反映较近期的暴露与清除状态，而组织样本可能捕捉更长期的滞留情况，缺乏配对的患者内部分析限制了对气道与组织负荷在健康和疾病状态下关系的直接比较与解读。

肺癌为填补上述空白提供了临床相关的研究场景。肺部独特地暴露于吸入性颗粒物，且在恶性肿瘤中经历显著微环境变化，包括上皮破坏、免疫调节和慢性炎症。独立于微塑料，吸入颗粒物已被确认对人类具有致癌性，细颗粒和超细颗粒暴露与肺癌发病率和死亡率之间存在强流行病学关联。实验与转化研究进一步表明，颗粒大小、形态和表面性质影响其在呼吸道中的沉积、清除和持久性。微塑料本身亦代表异质性暴露，碎片与纤维等形态、颜色及聚合物组成可能反映不同来源、空气动力学行为和生物相互作用。吸烟进一步使该图景复杂化，通过改变气道防御机制和系统性炎症谱影响颗粒滞留，但吸烟因素在既往微塑料分析中很少被结构化纳入。微塑料负荷与肺癌组织学亚型及常规血液学参数之间的关联也 largely 未被探索。

二、研究内容与主要结论

研究人员开展了一项前瞻性观察研究，纳入100例在希腊拉里萨大学医院接受诊断性支气管镜检查的成人患者，其中50例为新诊断肺部恶性肿瘤患者，50例为非恶性对照。以BAL作为主要采样基质，并在50例患者的亚组中实施配对的气道-组织采样。研究旨在量化各呼吸道分区内的微塑料负荷及颗粒特征，比较恶性肿瘤组与对照组之间的差异，并探索其与吸烟暴露、癌症亚型及部分血液标志物的关联。研究结果显示，光学鉴定的疑似微塑料在肺部恶性肿瘤患者中检出频率更高、负荷更大，且恶性肿瘤与气道-组织微塑料分布的区室性分离相关。该研究提供了将临床采样与严格颗粒鉴定方法相结合的整合框架，支持了在人类呼吸道疾病中研究微塑料的可行性，但未建立因果关系。

三、主要关键技术方法

研究人员采用以下关键技术方法：第一，前瞻性支气管镜采样设计，BAL取自段支气管，组织样本通过经支气管镜活检（endobronchial biopsy）或经支气管超声引导经支气管针吸活检（EBUS-TBNA）获取，样本来源于希腊拉里萨大学医院；第二，严格的污染控制流程，包括空白对照体系（50个空白样本，涵盖10个类别）、层流罩下操作、预过滤试剂及玻璃器皿使用；第三，碱性消解与真空过滤，采用10%氢氧化钾（KOH）溶液于55°C消解48小时，随后经0.47-μm孔径硝酸纤维素膜过滤；第四，体视显微镜与透射光显微镜联合光学鉴定，测量颗粒尺寸并记录形态与颜色；第五，共聚焦显微拉曼光谱（Raman spectroscopy）表征，采用532 nm和785 nm双激发波长，对代表性颗粒子集进行聚合物鉴定。

四、研究结果

4.1 研究人群特征

研究共纳入100例患者，中位年龄69岁（IQR 14；范围23–83），66%为男性。吸烟状态分布为：21%从不吸烟、31%既往吸烟、48%当前吸烟，中位吸烟暴露量为45包-年（IQR 25；范围10–120）。恶性肿瘤组组织学亚型包括腺癌（n=23）、鳞状细胞癌（n=13）、小细胞肺癌（n=10）和原发性肺淋巴瘤（n=4）。在150份呼吸道样本（100份BAL和50份组织样本）中，光学鉴定出232个疑似微塑料颗粒，包括210个碎片（91%）和22个纤维（9%）。空白对照中仅检出5个颗粒（背景率0.1颗粒/空白），完整采集通路空白均为阴性，故未进行数值空白校正。微塑料在70/100例患者（70%）和91/150份样本（60%）中被检出，其中BAL样本检出率56/100（56%），组织样本35/50（70%）。中位负荷为BAL 1个颗粒（IQR 2；范围0–15），组织1个颗粒（IQR 3；范围0–6）。颗粒中位最大直径（Dmax）为72.02 μm，中位Feret最小直径（DFeretmin）为30.27 μm。蓝色颗粒占主导（60.34%），其次为红色（26.72%）和多色（6.90%）。拉曼光谱分析在117个颗粒（50%）中进行，其中65个（56%）呈现合成-人为来源特征，19个实现聚合物确认（聚丙烯n=17、聚乙烯n=2），46个以颜料为主（最常见为铜酞菁CuPC，n=32），52个（44%）仅产生荧光光谱。

4.2 BAL样本亚组分析

在100例患者的BAL样本中，恶性肿瘤患者微塑料检出频率显著更高（33/50 [66%] vs 23/50 [46%]；Pearson χ2=4.06，p=0.044），BAL颗粒计数亦更高（中位数1 [IQR 3] vs 0 [IQR 1]；Mann-Whitney U=975.5，p=0.045）。在校正年龄、性别及累积吸烟暴露的多变量logistic回归中，log转换后的BAL微塑料负荷与恶性肿瘤显著相关（OR 2.00，95% CI 1.01–3.95，p=0.046），包-年亦与恶性肿瘤相关（OR 1.03/包-年，95% CI 1.01–1.05，p=0.003）。补充负二项回归分析显示恶性肿瘤患者预期BAL颗粒计数更高（调整计数比1.82，95% CI 1.00–3.31；Wald p=0.049）。BAL总颗粒计数与碎片计数（ρ=0.97，p<0.001）和蓝色颗粒计数（ρ=0.90，p<0.001）强相关。恶性肿瘤患者碎片计数（U=907，p=0.012）和红色颗粒计数（U=1069，p=0.044）显著更高，而纤维和蓝色颗粒计数无组间差异。

4.3 配对样本亚组分析

配对亚组包含50例患者（26例恶性肿瘤，24例对照），共100份配对呼吸道样本。恶性肿瘤患者微塑料检出频率显著更高（26/26 [100%] vs 19/24 [79%]；Fisher精确检验p=0.020），总负荷亦更高（U=199，p=0.025；r=0.32）。吸烟状态与总体微塑料负荷相关（Kruskal-Wallis H=6.06，p=0.048），包-年与活检颗粒计数正相关（ρ=0.44，p=0.006）。总负荷与BAL计数强相关（ρ=0.66，p<0.001），与活检计数中等相关（ρ=0.51，p<0.001）。在总体配对队列中，BAL与活检计数无相关性（ρ=-0.22，p=0.130）；但在恶性肿瘤亚组内，BAL与活检计数呈显著负相关（ρ=-0.6，p=0.001），提示气道与组织分区颗粒分布存在区室性分离。敏感性分析证实该负相关不依赖于任何单一参与者或最高BAL计数的两名患者。透明颗粒在恶性肿瘤中更常见（χ2=4.71，p=0.030），碎片计数在恶性肿瘤中更高（U=189.0，p=0.016），红色颗粒计数亦升高（U=219.5，p=0.049）。在血液标志物分析中，嗜碱性粒细胞计数与BAL红色颗粒负荷负相关（n=50，ρ=-0.37，p=0.03），乳酸脱氢酶与活检红色颗粒负荷正相关（n=37，ρ=0.37，p=0.05），铁蛋白与总颗粒计数正相关（n=13，ρ=0.76，p=0.003）；这些均为事后分析，基于小样本且未校正多重比较，仅作为假设生成性发现。

五、讨论与结论

讨论部分指出，本研究的发现与微塑料可在多个人类呼吸道分区中被检出的既有证据一致，支持呼吸道暴露与肺内滞留的生物学合理性。恶性肿瘤中观察到的更高微塑料负荷可能反映共享的环境暴露、病变肺中清除功能改变或疾病相关的滞留变化，而非直接的因果效应，这与当前国际风险评估强调吸入微塑料健康效应不确定性的立场一致。配对气道-组织设计揭示了区室特异性分布：BAL主要采样气道和肺泡表面的颗粒，而组织可能反映更深的间质或细胞分区中的滞留颗粒。碎片在形态上占主导，颗粒尺寸主要落在可吸入微米范围内。吸烟相关效应可能更多与组织滞留负荷相关而非灌洗可及颗粒。研究优势包括前瞻性支气管镜设计、两级采样策略、预定义的污染控制流程及补充性拉曼光谱表征。局限性包括单中心中等样本量、配对和生物标志物分析基于较小亚组、拉曼表征仅覆盖部分颗粒且荧光干扰限制聚合物归属、无数值空白校正可能残留污染影响、观察性横断面设计无法推断因果、职业暴露基于自我报告、缺乏定量居住环境暴露测量、对照组为非恶性支气管镜患者而非健康人群对照、缺乏标准化呼吸道微塑料采样方案等。

研究结论为：在这项前瞻性研究中，光学鉴定的疑似微塑料在多个呼吸道分区中被检出，肺部恶性肿瘤患者的光学衍生颗粒负荷更高。整合气道-组织框架表明，不同呼吸道基质捕捉肺颗粒沉积与滞留的互补方面。尽管数据未建立微塑料与恶性肿瘤之间的因果关系，但研究强调了将临床采样与严格颗粒鉴定方法相结合的重要性，以更好地界定微塑料在人类呼吸道疾病中的存在及其潜在生物学相关性。未来研究应优先开展更大规模多中心队列、标准化呼吸道采样与污染控制方案、更广泛的光谱确认，以及将暴露指标与临床表型整合，包括更同质的组织学队列。