俄亥俄州东巴勒斯坦火车脱轨和火灾中消防员MicroRNA表达的差异

《Epigenomes》：Differences in MicroRNA Expression in Firefighters Responding to a Train Derailment and Fire in East Palestine, Ohio

　　

背景/目标：高风险、低频事件如建筑物倒塌和大型化学火灾可能导致急救人员和周边社区急性、高剂量暴露于有毒物质。虽然这些暴露可能持续数小时到数天，但它们对消防员癌症和其他疾病风险的贡献相对未知。2023年2月，美国俄亥俄州东巴勒斯坦一列运输化学品的货运火车脱轨并起火。超过350名消防员（主要是志愿消防员）响应了该事件。在这项横断面研究中，研究人员评估了响应消防员的毒性表观遗传标志物。研究人员假设，响应火车脱轨的暴露会改变与致癌作用相关的微小RNA（miRNA）的表达。方法：研究人员招募了62名响应消防员和26名来自同一地区未响应事件的消防员作为对照组。研究人员使用nCounter Human v3 miRNA表达面板测量了血液样本中800种miRNA的相对表达量。研究人员在负二项回归模型中比较了暴露组之间的miRNA表达，并调整了潜在混杂因素。结果：在5%的假发现率（FDR）阈值（q值<0.05）下，响应事件消防员中有16种miRNA显著高表达，1种显著低表达。这些miRNA富集的主要疾病相关通路包括神经退行性疾病、血管疾病和多种癌症部位。结论：总体而言，结果表明响应一次大型事件可以对miRNA表达产生非瞬时影响。这是否会转化为长期健康风险或对暴露的适应性反应尚不清楚。

**论文解读：俄亥俄州东巴勒斯坦火车脱轨火灾中消防员miRNA表达差异**

**研究背景与问题**

消防员职业已被国际癌症研究机构（IARC）列为1类致癌物，其癌症风险显著高于普通人群，主要源于长期工作中接触多环芳烃、全氟和多氟烷基物质、柴油废气、挥发性有机化合物等致癌物，以及睡眠紊乱、过量饮酒、热应激等职业应激因素。然而，除了累积性暴露，消防员还会面临高风险、低频事件（如大型化学火灾、建筑物倒塌、多日荒野/城市界面火灾）导致的急性、高剂量暴露，这些事件可能持续数小时至数天，且由于响应紧迫，消防员往往无法全程佩戴适当个人防护装备（包括呼吸防护）。目前，评估消防员癌症发病的主要方法是回顾性队列研究，但缺乏详细暴露信息，无法确定这些急性事件对总体风险的贡献。已有研究关注世贸中心袭击响应者，发现其前列腺癌、甲状腺癌、肺功能下降及痴呆风险增加，但不同事件的暴露混合物、剂量和持续时间各异，因此针对其他高风险事件开展健康监测至关重要。

**研究目的与意义**

本研究旨在评估2023年2月美国俄亥俄州东巴勒斯坦火车脱轨火灾事件中，消防员响应后与致癌作用相关微小RNA（miRNA）的表达变化。该事件涉及氯乙烯（1类致癌物）、苯（1类致癌物）、丙烯酸丁酯等化学品的暴露，持续数天。研究人员假设，这类急性高剂量暴露会改变癌症相关miRNA的表达。通过测量血液中800种miRNA的表达，并对比响应消防员与未响应消防员，本研究揭示了急性暴露对表观遗传标志物的影响，为理解消防员职业健康风险提供了新证据。论文发表在《Epigenomes》。

**主要技术方法**

本研究采用横断面设计，利用国家消防员癌症队列研究（FFCCS）的协议招募参与者。样本队列来源：2023年4月和6月，在俄亥俄州东巴勒斯坦附近区域招募了62名响应消防员（暴露组）和26名同一地区未响应事件的消防员（对照组）。关键方法包括：1）使用Tempus^TM Blood RNA管采集静脉血，采用MagMAX^TM for Stabilized Blood Tubes RNA Isolation Kit提取RNA；2）采用nCounter^? Human v3 miRNA表达面板（NanoString Technology）测量约800种miRNA的相对表达量，包含5个管家基因和20个测定对照；3）数据预处理使用基于控制基因的去除不必要变异（RUVg）方法消除技术变异；4）统计建模采用负二项回归，调整性别、年龄、BMI、职业类型（志愿/职业/两者）、吸烟状态（曾吸烟者 vs. 非吸烟者），并计算FDR q值（<0.05为显著）；5）通路富集分析使用miRNA富集分析和注释工具（miEAA）v2.1，数据库包括KEGG、miRWalk、MNDR、Gene Ontology等。

**研究结果**

**2.1 描述性统计**：62名响应消防员和26名对照组消防员在年龄、BMI分布上相似，多数为白人非西班牙裔男性、志愿消防员、从不吸烟者。响应组平均消防员工作年限（19.8年，标准差13.1）显著高于对照组（13.3年，标准差12.6）。

**2.2 miRNA表达：比较暴露组**：通过调整后的负二项回归模型，发现17种miRNA在两组间差异表达（q<0.05）。其中16种在响应组中表达升高，1种（hsa-miR-574-3p）表达降低。与既往对荒野/城市界面（WUI）火灾响应者的研究相比，49种重叠miRNA中仅有5种在本次研究中差异表达（p<0.1, q<0.2），且方向一致者仅1种（hsa-miR-660-3p，在两组研究中均升高）。与氯乙烯职业暴露研究相比，12种被检测的miRNA中，有2种（miR-144-3p和miR-151b）在本次研究中差异表达（q<0.2），但方向相反。

**2.3 通路富集**：将17种显著差异miRNA的下游靶基因进行富集分析，发现33种疾病通路显著过代表（q<0.05）。这些通路包括神经退行性疾病（脑病、神经退行性疾病、阿尔茨海默病）、血管疾病，以及22种癌症相关条件（如乳腺癌、肺癌、肝细胞癌、前列腺癌、黑色素瘤等）。

**讨论与结论**

**讨论总结**：本研究是少数评估高风险、低频事件后消防员生物标志物的研究之一。miRNA在生理过程中发挥调控作用，差异表达的miRNA如miR-574-3p（在响应组中降低）在多种癌症中具有抑癌功能，而miR-149-5p（在响应组中升高）则表现出促癌和抑癌的双重作用，取决于细胞环境。通路富集结果进一步支持消防员暴露与癌症及神经退行性疾病的关联，与世贸中心响应者认知障碍、韩国消防员脑体积减少等研究一致。此外，氯乙烯暴露的既往研究显示其与miRNA表达、DNA甲基化及染色体损伤相关，苯暴露研究也发现某些miRNA（如miR-221-3p、miR-223-3p、miR-638）的变化趋势与本次研究部分一致（q<0.2）。仅有少数miRNA（如hsa-miR-660-3p）在多种暴露类型中均升高，表明miRNA反应主要具有暴露特异性。本研究局限性包括样本量小、缺乏个体暴露信息、暴露组与对照组工作年限差异可能产生混杂、采样时间滞后（暴露后2-4个月）、无基线测量、以及血液miRNA可能不代表靶器官表达。

**结论翻译**：研究人员识别出与响应东巴勒斯坦火车脱轨事件相关的miRNA，该事件为高风险、低频事件，导致氯乙烯、苯及其他有毒物质暴露。尽管已知消防员职业与癌症风险增加相关，但某些暴露——尤其是急性高暴露事件中的暴露——是否显著贡献于该风险尚不清楚。本研究是少数对响应高风险事件后消防员健康生物标志物进行随访的研究之一。结果表明，少数miRNA对多种暴露有反应，而其他miRNA则具有暴露特异性。这些miRNA表达差异是否在事件后持续多年是正在进行的研究重点，并将有助于判断这些变化仅仅是适应性反应还是可能促进长期疾病发展。