超级风暴桑迪后纽约市儿童家庭真菌暴露与哮喘发病率

《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》：Domestic fungal exposure and asthma morbidity in New York City children following Superstorm Sandy

　　

摘要
背景：超级风暴桑迪（SS）后，家庭真菌生长及相关呼吸道健康影响引起纽约市（NYC）居民，特别是哮喘患者的关注。
目的：检验假设，即与非受损家庭相比，SS受损家庭具有不同的真菌谱，且居住在SS受损家庭中的儿童哮喘发病率更高。
方法：研究人员在风暴后6-18个月招募了59个来自SS受损NYC家庭且有哮喘儿童的家庭，与同期研究中68个来自非受损家庭且有哮喘儿童的家庭进行比较。家庭访问包括问卷调查、身体健康评估和沉降地板灰尘收集。研究人员使用定量聚合酶链反应（qPCR）和下一代DNA测序（NGS）测量灰尘中的真菌。
结果：与非受损家庭相比，SS受损家庭的真菌多样性（香农指数）较低，总真菌和过敏原真菌浓度较高。NGS和qPCR揭示了不同的属组成（例如，受损家庭中附球菌属（Epicoccum）和枝孢菌属（Cladosporium）升高）。受损家庭中的重复测量显示这些变化的持久性是可变的（例如，真菌多样性增加；在接下来的一年中附球菌属（Epicoccum）持续增加）。在SS受损家庭与非受损家庭中生活的儿童之间，哮喘症状频率、对真菌的过敏反应、肺功能或呼出气一氧化氮没有统计学显著差异。当在SS受损家庭中考虑有霉味或可见霉菌时，结果一致。
意义：qPCR和NGS揭示，与非受损家庭相比，SS受损家庭经历了持续较高的总真菌和过敏原真菌浓度以及较低的真菌多样性。这些真菌谱先前已与哮喘发展和恶化相关联。虽然研究人员确定了与健康相关的真菌谱差异，但未观察到SS受损与非受损家庭之间健康结果的差异。研究人员详细阐述了健康结果空白的潜在原因，包括：研究人群相对较轻的哮喘、招募时间、统计功效和天花板效应。
影响：尽管超级风暴桑迪影响了广泛人群，且像“桑迪咳嗽”这样的术语普及，但据研究人员所知，尚未有研究描述桑迪受损家庭中真菌谱的变化及其与哮喘相关的健康影响。将桑迪受损家庭与非受损家庭进行比较，定量聚合酶链反应和下一代DNA测序方法揭示了受损家庭中更高的总真菌和过敏原真菌浓度以及更低的多样性——这些谱先前已与哮喘发展和发病率相关联。然而，这些真菌差异并未与哮喘结局一致相关。

论文解读文章

**研究背景与问题**

室内真菌污染（霉菌）在纽约市（NYC）普遍存在，估计全市约9.5%的家庭受到影响。真菌问题通常对低收入家庭影响更大，这些家庭对有利于真菌生长的条件（如建筑围护结构效率低下、蒸汽锅炉系统易泄漏、管道老化、缺乏通风和湿度控制）控制能力较弱。真菌暴露的普遍性和差异性构成重大公共卫生问题，并直接影响健康——真菌可向空气中释放孢子、碎片、刺激物、过敏原和毒素，导致眼睛、皮肤、鼻子、喉咙和肺部的不良反应。此外，真菌一直与哮喘发展相关，对哮喘患者尤其危险，真菌暴露可诱发急性哮喘症状加重。极端天气事件（包括导致洪水和家庭水入侵的极端降水事件）可能加剧真菌暴露、差异性和不良健康反应。温室气体排放增加与这些事件频率和强度的上升相关。沿海城市因其低海拔和高人口密度，特别容易受到此类自然灾害的重大公共卫生影响。例如，飓风卡特里娜和丽塔（2005年）导致路易斯安那州新奥尔良洪水受损家庭中广泛真菌生长。2012年10月，大西洋强飓风桑迪（形成超级风暴，简称SS）在纽约市引发前所未有的风暴潮，超过30万家庭处于洪水淹没区。在随后的数月和数年中，SS后室内真菌生长和污染成为重大公共关注点。然而，据研究人员所知，尚无研究描述SS受影响家庭中真菌谱的变化，或表征SS如何影响临床相关的哮喘症状（如夜间醒来、相关紧急就诊、喘息）或影响该人群的肺部和气道健康。

**研究内容与结论**

研究人员使用定量聚合酶链反应（qPCR）和下一代DNA测序（NGS）鉴定灰尘中的真菌物种，在SS后6至18个月对纽约市家庭进行了真菌谱分析，并通过问卷调查、血清样本、肺功能测试（PFTs）和呼出气一氧化氮（FeNO）评估气道炎症，将真菌暴露与过敏致敏和健康结局联系起来。具体评估了：(a) SS受损与非受损家庭中霉菌谱的差异；(b) 受损家庭中真菌谱差异的持久性；(c) 受损和非受损家庭中对真菌过敏致敏的流行率；(d) SS受损与非受损家庭中哮喘症状、肺功能和气道炎症的健康结局差异；(e) SS受损家庭中真菌谱与肺功能和气道炎症的关联。

研究招募了59个来自SS受损NYC家庭且有哮喘儿童的参与者（通过受影响区域挨家挨户传单分发、邮递、社区团体、纽约市信息线311等渠道），以及68个来自同期纽约市邻里哮喘与过敏研究（NAAS）的非受损家庭（对照组，来自同一地理区域且年龄匹配）。家庭访问期间收集了关于哮喘、住房特征、社会人口学特征、真菌暴露等数据，并进行了身体健康评估。从儿童卧室使用Dustream?收集器采集沉降灰尘，用于真菌分析：通过qPCR和NGS测定总真菌浓度、真菌多样性（香农指数）、操作分类单元（OTUs）数量、环境相对霉菌指数（ERMI）和过敏原真菌百分比。血清样本用于评估免疫球蛋白E（IgE）水平以检测真菌过敏致敏。健康结局包括哮喘症状频率（过去12个月夜间醒来、喘息、紧急就诊）、肺功能（FEV₁/FVC比值）和气道炎症（FeNO₈₃）。

**主要关键技术方法**

研究人员采用以下关键技术方法：1) 使用定量聚合酶链反应（qPCR）对灰尘样本中36种真菌物种进行定量，基于EPA开发的环境相对霉菌指数（ERMI）方法，由Assured Bio Labs LLC在EPA许可下进行。2) 采用下一代DNA测序（NGS）对内部转录间隔区（ITS）进行测序，通过QIIME软件进行生物信息学分析，计算真菌多样性和相对丰度，并比对过敏原真菌列表确定过敏原比例。3) 利用线性回归模型评估SS受损与非受损家庭之间真菌指标的差异，调整住房类型、卧室地毯和采集季节。样本队列来源：SS受损家庭来自纽约市受SS影响的区域，非受损家庭来自同期纽约市邻里哮喘与过敏研究（NAAS），该研究为病例对照研究，招募了7-8岁儿童，通过中等收入健康保险计划纳入。

**研究结果**

**1. 真菌谱差异**
通过线性回归模型（调整住房类型、采集季节和卧室地毯），研究人员发现SS受损家庭的平均总真菌和过敏原真菌浓度更高，真菌多样性（香农指数）更低。ERMI评分在两组间无显著差异。qPCR检测显示，SS受损家庭中E. amsetlodami、C. herbarum、C. cladosporiodes和A. penicilloides的检出几率更高。NGS揭示16个属（如Epicoccum、Neodevriesia、Arthrocladium）在受损家庭中升高，10个属（如Knufia、Neophaeococcomyces、Cladosporium）降低。在有霉味或可见霉菌的亚组中结果一致。

**2. 真菌谱变化的持久性**
对26个SS受损家庭进行一年内三次重复测量，结果显示真菌多样性随时间增加，但第三次访问时仍低于非受损家庭第一次访问水平。真菌丰富度从第一次到第二次下降，第三次时接近非受损家庭第一次水平。过敏原真菌百分比在第二次访问时最高，第三次最低。qPCR测量的四种物种中，C. herbarum浓度在三次访问中一致，而E. amsetlodami和A. penicilloides波动较大。NGS分析显示，Epicoccum和Arthrocladium的相对丰度在第三次访问时仍保持升高，而Cladosporium持续降低。

**3. 真菌过敏致敏的流行率**
SS受损家庭中有哮喘的儿童中，超过一半（50.9%）对至少一种测试真菌有IgE致敏（>0.1 IU/ml），非受损家庭中为44%。最常见的致敏真菌为Alternaria alternata（36.8%）、Candida albicans（22.8%）和Aureobasidium pullulans（19.3%）。调整协变量后，两组间单个物种IgE致敏无显著差异，使用更高阈值（≥0.35 IU/ml）时结果相似。

**4. 健康效应**
在调整关键混杂因素后，SS受损家庭与非受损家庭中喘息、夜间醒来、紧急就诊的频率无显著差异。肺功能（FEV₁/FVC）在两组间无显著差异，但气道炎症（FeNO）在SS受损家庭中略低。将SS受损家庭按时间分层（早期与晚期）后，主要结果一致。线性回归分析显示，Arturocladium属（在受损家庭中升高）与FeNO正相关，与肺功能负相关。

**讨论与结论**
研究人员发现SS受损家庭中总真菌和过敏原真菌浓度升高、真菌多样性降低，这些变化与先前研究中对哮喘发展和恶化的影响一致。但未观察到健康结局的显著差异，可能原因包括：缺乏风暴前测量、检测差异的统计功效不足、真菌提取物选择有限、研究人群哮喘相对较轻、选择偏倚（如主动采取补救措施的家庭可能低估影响）、未测量的混杂因素（如空调使用）以及季节效应。此外，ERMI未能检测到真菌暴露差异，表明其局限性。长期来看，真菌多样性降低和某些物种的持续存在可能对哮喘发展有影响。尽管有这些限制，研究强调了极端天气事件后家庭真菌暴露的公共卫生意义，特别是在纽约市这样哮喘和霉菌过敏高发的城市。结论：使用qPCR和NGS方法，研究人员发现SS受损家庭经历了持续增加的总真菌和过敏原真菌暴露以及降低的多样性，这些变化先前与哮喘发病率和恶化相关。然而，在哮喘相对较轻的儿童人群中，这些差异在风暴后数年内并未与哮喘结局一致关联。