《Science of The Total Environment》：Water vapour as a carrier of mould metabolites in indoor air: an explanation for the sick building syndrome and severe morbidity
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室内空气品质(IAQ)是病态建筑综合征(SBS)可能的但未证实的原因。研究人员此前表明，霉菌分泌的渗出物由水分子簇携带进入环境空气。当九名学生（7–12岁）从受损学校搬至参照学校时，其症状减轻，但在转入已知存在IAQ问题的学校时，于同日再次出现。研究人员应用自
室内空气品质(IAQ)是病态建筑综合征(SBS)可能的但未证实的原因。研究人员此前表明，霉菌分泌的渗出物由水分子簇携带进入环境空气。当九名学生（7–12岁）从受损学校搬至参照学校时，其症状减轻，但在转入已知存在IAQ问题的学校时，于同日再次出现。研究人员应用自制玻璃舱实验记录及挥发性有机化合物(VOC)、非挥发性物质、相对湿度、CO2与CN/硫化物传感器，模拟该校IAQ。受损学校墙壁砂浆样本在麦芽琼脂上培养后，生长出替代氧化酶真菌(aox-fungi)，其分泌渗出物。研究人员通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析渗出物，并在人BJ细胞上进行测试。对培养砂浆的LC-MS/MS分析显示，培养皿盖下方悬挂的霉菌源性液滴以水为介质转移，其与霉菌生长顶部的渗出物成分相同。向砂浆培养物中添加硼酸促进了霉菌代谢产物排放，其对BJ细胞具致死性。结果支持砂浆中存在aox-fungi，且其最接近建筑受损区域。培养物中霉菌渗出物的细胞毒性在两周内呈时间依赖性变化（以BJ细胞指示）。本研究结果与此前报道的该校空气具有细胞毒性的水蒸气相结合，构成了霉菌渗出物、受损建筑与临床症状之间的联系：即SBS之谜中缺失的一环。分析水蒸气将揭示其“背负”的有毒物质。
该研究背景立足于传统室内空气品质(Indoor Air Quality, IAQ)调查方法的局限性，即传统的基于沉降尘埃的培养分析方法未必能揭示IAQ问题的起源，且既往研究多关注气相与固相，忽略了液相及非挥发性化合物在空气中的转移机制。病态建筑综合征(Sick Building Syndrome, SBS)的成因长期未明，尽管已知镰刀菌属(Fusarium)、葡萄穗霉属(Stachybotrys)、木霉属(Trichoderma)、毛壳菌属(Chaetomium)、青霉属(Penicillium)等霉菌会排放液态渗出物（含霉菌毒素），但这些渗出物如何在空气中传输并导致严重健康损害（如学生出现的肝炎、癫痫、炎症性肠病等）缺乏机械性解释。此前研究显示某受损学校47名学生报告严重症状，且该校水蒸气对THP-1细胞具细胞毒性，但连接霉菌渗出物、受损建筑与临床症状的“缺失一环”尚未明确。为此，研究人员提出水蒸气簇（water clusters）可作为非挥发性、高分子量霉菌代谢产物的疏水性载体，探究替代氧化酶真菌(alternative oxidase fungi, aox-fungi)在墙体砂浆中的存在及其代谢产物经水蒸气气溶胶化传输的机制，以解释SBS及严重发病率的成因。
研究人员通过开展回顾性学生症状追踪、墙体砂浆培养、玻璃舱模拟排放实验、液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析及人BJ细胞细胞毒性测试等一系列研究，得出结论：受损学校墙体中存在aox-fungi，其分泌的液态渗出物（含青霉属、木霉属等来源的二级代谢产物）借助水分子簇从液相转移至气相，随相对湿度变化在室内空气中传输，对human BJ fibroblasts (BJ cells)具显著致死或应激效应（最高达91%细胞死亡）；学生症状随IAQ环境改变而即时消退或重现，证实了具细胞毒性的水蒸气与临床症状的直接关联。该研究的重要意义在于颠覆了传统IAQ仅检测气相挥发性有机化合物(total Volatile Organic Compounds, tVOC)与微生物孢子的范式，提出分析水蒸气相及结合人细胞活力测定是揭示IAQ相关健康效应的关键，为SBS的病理机制提供了“水蒸气运载有毒代谢产物”的创新解释，论文发表于《Science of The Total Environment》。
为开展研究，研究人员采用的主要关键技术方法包括：对受损学校9名（原47名队列中的）学生进行回顾性症状随访；采集该校地下室及楼梯间墙体砂浆样本（H1、H2、H3）进行麦芽琼脂（含/不含2000 mg/L硼酸）培养；利用配备相对湿度、温度、CO2、VOC、非挥发性、HCN/H2S传感器的自研密闭玻璃舱（840 mL）模拟建筑排放，以氰化钾(KCN)与硫氢化钠(NaHS)抑制实验鉴定aox-fungi；收集培养皿盖及菌落表面荧光渗出液滴，经LC-MS/MS定性定量二级代谢产物；采用中性红(Neutral Red, NR)摄取法评估渗出物对人BJ细胞的细胞毒性（细胞死亡百分比与应激百分比）。
研究结果如下：
3.1. 学生的症状：研究发现来自受损学校的9名学生辗转2–5所不同建筑就读，症状具持续性且严重（含肝炎、恶心、头痛、癫痫、炎症性肠病、慢性疼痛、关节过度活动等）。当转入无IAQ报告的参照学校时症状减轻或消失（如癫痫学生停药、肝活检炎症消退），但一旦转入有IAQ问题学校，症状于同日重现；即便将受损学校的钢琴、书桌移至附属建筑，该处亦成症状来源。这表明症状与吸入性空气毒性直接相关而非感染性或遗传性。
3.2. 渗出物成分：LC-MS/MS分析显示，菌落表面与培养皿盖内侧悬挂液滴的二级代谢产物浓度一致（证实由水蒸气质迁移），距受损最远的H1无渗出；含硼酸的麦芽琼脂(MA+B)使H2、H3的青霉属代谢产物排放量翻倍（耐药性表现），但木霉属某代谢物减少。42种分析代谢物中28种浓度不显著。
3.3. 渗出物的细胞毒性：MA+B培养的H3砂浆渗出物对BJ细胞毒性具时间依赖性（相隔一周采样分别为91%与10%细胞死亡，新鲜渗出物毒性更强）；MA+B培养的H2渗出物致29%细胞应激（NR摄取增加）。对照菌株Aspergillus calidoustus与Aspergillus versicolor分别致18.9%与29.4%死亡。H1无液滴故无毒性检测。
3.4. 舱内墙体砂浆样本研究：玻璃舱中加入砂浆与水维持70–80%相对湿度，H1、H2的VOC与非挥发性排放不被NaHS抑制，仅被KCN短暂抑制后恢复，符合aox-fungi（缺线粒体复合物IV、V，耐氰化物/硫化物抑制）特征；H3在高剂量KCN下被抑制但观测时长不足。湿度变化同步驱动排放波动，证明活体霉菌在水助下排放非挥发物。
3.5. 舱内砂浆液滴排放：将H2培养产生的9 μL液滴置于舱底，相对湿度(RH)60%时水蒸气将其VOC与非挥发物携至150 mm高传感器处形成平台排放；通风1小时释放后补水重启排放。模拟教室夜间停风毒物沉积、晨间重启通风时一次性气溶胶化爆发的场景。
讨论部分总结：研究人员在讨论中指出，玻璃舱模拟与LC-MS/MS及BJ细胞测试共同证实墙体砂浆排放VOC与非挥发物，且由水蒸气运载霉菌液滴入吸入空气，与学生症状随环境切换即时变化的临床报告吻合。传统气相色谱（ISO16000-6, TENAX TA）因仅捕集气相而无法检出非挥发大分子（如分子量300–1500 g/mol的真菌二级代谢产物，沸点约528–632 °C的aflatoxin B1、ochratoxin A），导致既往IAQ检测（tVOC未超标）漏诊。韩国加湿器消毒剂PHMG（分子量500–6000 g/mol）致肺损伤事件亦佐证水簇运载非挥发毒物的普遍性。沉降尘埃培养因aox-fungi（慢生、三复合物）被速生无毒真菌（五复合物）覆盖而低估，且菌落数(cfu)不反映细胞毒性。硼化合物作为建材防霉剂反而促进aox-fungi产毒，不宜使用。研究局限在于回顾性样本量小且无其他校水蒸气对照，但既往688栋建筑对照中65%水蒸气无细胞毒性、室外与进风无毒性而出风有毒性，支撑结论。
结论部分翻译：本研究及该校既往发表结果可阐释病态建筑综合征(SBS)：1) 暴露的47名学生在受损学校经历多种严重症状；2) 基于水蒸气与THP-1细胞及H3区钢琴拭子（对BJ细胞具细胞毒性）结果，校舍空气具细胞毒性；3) 研究显示最接近受损区的H3渗出物携带细胞毒性VOC与非挥发物；4) 本研究9名学生症状在转入无IAQ报告学校时减轻，转入有IAQ报告学校时同日重现；5) 培养砂浆液滴在菌落顶与皿盖含相同二级代谢产物；6) 该校砂浆中存在aox-fungi；7) 既往水族舱实验证纯化化学品或霉菌二级代谢产物（含ochratoxin A）由水蒸气携至舱顶；8) 症状楼与对照楼水蒸气THP-1细胞毒性差异显著；9) 办公室案例水蒸气具细胞毒性。综上，细胞毒性物质由水蒸气载入室内空气，致学生发病。水簇可动员高于水分子量(18 g/mol)之化合物，且氢原子的外向排列使疏水分子得被蒸气运载（van Oss等解释）。水蒸气是IAQ研究最佳采样材，LC-MS/MS虽示二级代谢产物，唯人细胞测试能确证细胞毒性及相加效应。有毒二级代谢产物借水蒸气传输并贡献发病率，IAQ评估宜纳入水蒸气相分析结合人细胞活力测定，此法极具潜力以改善IAQ相关健康效应之理解与评估。
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