《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Microplastics in pediatric asthma: Clinical associations with disease severity
编辑推荐：
背景：呼吸道暴露于微塑料（MPs）日益被认为是慢性气道疾病的潜在促发因素，但哮喘儿童体内的微塑料负荷及其与疾病的关系仍知之甚少。方法：在这项横断面研究中，研究人员采用热裂解-气相色谱/质谱联用法（Py-GC/MS）分析了46名哮喘儿童诱导痰样本中6种常见合成聚
背景：呼吸道暴露于微塑料（MPs）日益被认为是慢性气道疾病的潜在促发因素，但哮喘儿童体内的微塑料负荷及其与疾病的关系仍知之甚少。方法：在这项横断面研究中，研究人员采用热裂解-气相色谱/质谱联用法（Py-GC/MS）分析了46名哮喘儿童诱导痰样本中6种常见合成聚合物的含量，并检验了微塑料负荷与哮喘控制状态、肺功能及气道炎症之间的关联。为探索上皮反应，研究人员将患者来源的人肺泡类器官暴露于聚乙烯（PE）颗粒，并进行批量RNA测序。结果：46份哮喘儿童痰样本中均检出微塑料，总浓度中位数为21.12 μg/mL。聚苯乙烯（PS）为检出频率最高的聚合物，100%样本中均检出；聚乙烯（PE）的质量浓度中位数最高，为13.96 μg/mL。哮喘控制不佳儿童的微塑料总负荷显著高于控制良好儿童。微塑料总浓度与FEV?%预计值、FVC%预计值及哮喘控制测试（ACT）评分呈负相关。对PE暴露的肺泡类器官进行转录组分析，共鉴定出1297个差异表达基因，富集于铁死亡、细胞凋亡、p53信号通路及炎症细胞因子网络相关通路。结论：在本儿童哮喘队列中，呼吸道微塑料负荷普遍存在，并与疾病控制不佳相关。探索性转录组分析提名铁死亡相关及促炎通路为候选机制，有待未来研究进行功能验证。
**论文解读：儿童哮喘气道微塑料负荷与疾病严重程度的临床关联及机制探索**
**一、研究背景与问题**
微塑料（microplastics, MPs）是指由大块塑料在生命周期中碎裂形成的持久性环境污染物。全球塑料年产量已超过4.6亿吨，且仍在持续增长，导致微塑料生成量显著上升。由于空气动力学直径较小，尤其是粒径小于10 μm的颗粒，微塑料可被吸入并深达呼吸道末端，沉积于传导气道和肺泡区域。已有研究在人类肺组织、支气管肺泡灌洗液（BALF）及痰液中检出微塑料，为呼吸道暴露提供了直接证据。在诸多聚合物类型中，聚乙烯（PE）、聚酰胺（PA）和聚苯乙烯（PS）是空气样本和人体呼吸道标本中最常检出的成分，反映其在包装、纺织和消费品中的广泛使用。鉴于每人每日估计吸入数千个微塑料颗粒，慢性微塑料暴露对呼吸系统健康的潜在影响日益受到关注。现有证据表明，吸入微塑料与肺炎、肺纤维化、肺癌等多种严重肺部疾病相关，其毒理学机制涉及氧化应激、炎症反应、上皮屏障损伤及上皮-间质转化（EMT）等。
哮喘是儿童最常见的慢性呼吸系统疾病，以气道炎症、高反应性和可逆性气流受限为特征。尽管环境颗粒物暴露是哮喘急性发作的公认危险因素，但微塑料对哮喘的具体贡献仍是关键的知识空白。少量流行病学证据提示，微塑料可能作为肺部疾病的“环境修饰因子”，影响疾病轨迹。例如，在患有肺部疾病的儿童BALF中检出了微塑料，且重症肺炎患者微塑料负荷更高。然而，关于哮喘儿童气道内微塑料的内负荷及其与临床严重程度相关性的数据仍十分匮乏。因此，明确微塑料蓄积是否与哮喘严重程度相关，对于评估其作为新型环境危险因素的作用至关重要。
**二、研究内容与主要结论**
研究人员开展了一项横断面研究，纳入复旦大学附属儿童医院确诊的46名哮喘儿童，收集诱导痰样本，采用热裂解-气相色谱/质谱联用法（Py-GC/MS）定量检测六种常见合成聚合物（PE、PS、PA、聚丙烯[PP]、聚甲基丙烯酸甲酯[PMMA]、聚碳酸酯[PC]），并分析了微塑料负荷与哮喘控制状态、肺功能及气道炎症的关系。同时，研究人员利用患者来源的正常肺组织构建人肺泡类器官，暴露于聚乙烯颗粒后进行批量RNA测序，以探索上皮细胞的内在分子响应。
研究发现，所有哮喘儿童痰样本中均检出微塑料，总浓度中位数为21.12 μg/mL；粒径小于30 μm的颗粒占总数51.0%；PS检出率最高（100%），PE质量浓度中位数最高（13.96 μg/mL）。哮喘控制不佳儿童的微塑料总负荷显著高于控制良好儿童，其中PE、PA、PS、PC和PMMA浓度均显著升高。多因素logistic回归分析显示，PS、PE和PMMA浓度升高与哮喘控制不佳风险增加独立相关。相关分析表明，微塑料总浓度与FVC%预计值、FEV?%预计值及ACT评分呈显著负相关，且PE、PS、PMMA、PA构成的高影响簇与气道炎症和肺功能损害一致相关。转录组分析显示，PE暴露的肺泡类器官中有1297个差异表达基因，富集于脂质代谢、铁死亡、凋亡、p53信号、紧密连接破坏及NF-κB、TNF、MAPK、细胞因子-细胞因子受体相互作用等促炎通路，并观察到铁稳态基因（HFE、SLC40A1）及脂氧合酶ALOX15的转录失调。
**三、主要技术方法**
该研究采用了以下关键技术方法：（1）基于热裂解-气相色谱/质谱联用（TD/Py-GC-MS）的微塑料定性与定量分析，以外标校准曲线进行定量；（2）激光直接红外（LDIR）化学成像系统用于微塑料粒径和形态表征，扫描电子显微镜（SEM）辅助验证；（3）人肺泡类器官培养与分化，通过免疫荧光染色（SFTPC、AQP-5）和透射电镜验证；（4）批量RNA测序及生物信息学分析（DESeq2差异表达、GO/KEGG/WikiPathways富集）；（5）应用Spearman相关、多变量logistic回归等统计学方法分析临床关联。样本来源于复旦大学附属儿童医院哮喘患儿。
**四、研究结果分述**
**1. 参与者特征**：共46名哮喘儿童，其中26名（56.5%）控制良好，20名（43.5%）控制不佳。两组在性别、年龄、BMI上无显著差异。控制不佳组ACT评分显著降低，FeNO水平显著升高，外周血嗜酸性粒细胞计数有升高趋势。肺功能指标（FEV?%预计值、FEV?/FVC、FEF及小气道功能指标）在控制不佳组均显著降低。
**2. 痰液微塑料鉴定与表征**：所有样本均检出微塑料，总浓度中位数21.12 μg/mL。粒径<30 μm的颗粒占51.0%。PS检出率100%，PMMA为95.65%，PE为93.48%。PE质量浓度中位数最高（13.96 μg/mL），其后依次为PA和PS。控制不佳组总微塑料浓度显著升高，PE、PA、PS、PC、PMMA浓度均显著高于控制良好组，但PP无组间差异。回归分析证实PS、PE、PMMA浓度与哮喘控制不佳风险显著正相关。
**3. 微塑料暴露与临床特征的关联**：总微塑料浓度与年龄正相关，与FVC%预计值、FEV?%预计值及ACT评分负相关。无监督层次聚类将六种聚合物分为高影响簇（PS、PE、PMMA、PA）和低影响簇（PP、PC），前者与气道炎症和肺功能损害显著相关。
**4. 人肺类器官重现肺泡上皮结构**：培养21天后，类器官形成具有中央管腔的单层立方上皮，TEM显示板层小体样结构和顶端微绒毛样突起，免疫荧光共表达AT2标志物SFTPC和AT1标志物AQP-5，证明其成功模拟肺泡上皮特征。
**5. PE颗粒暴露引起广泛转录扰动**：RNA测序鉴定出1297个DEGs，以上调为主。GO分析显示脂质代谢过程显著富集，细胞组分涉及RNA聚合酶II转录调控复合物、线粒体呼吸链和内质网。KEGG通路中，铁死亡为最显著富集通路，其次为凋亡、p53信号和紧密连接破坏。促炎通路（NF-κB、TNF、MAPK、细胞因子-细胞因子受体相互作用）显著富集。WikiPathways分析识别出COL4A1、IL6、AP-1亚基FOS和JUN等多通路枢纽基因。铁稳态基因（HFE、SLC40A1）和ALOX15的转录失调提示铁死亡易感性增加。但该结果基于转录组富集分析，未进行功能验证，应视为假说生成性质。
**五、讨论与结论**
讨论部分指出，本研究在哮喘儿童痰液中普遍检出微塑料，且PE为优势聚合物，其负荷与肺功能和ACT评分负相关，为微塑料参与哮喘严重程度提供了临床证据。与既往研究相比，本研究的聚合物谱呈现独特分布，可能与检测方法（Py-GC/MS vs FTIR/拉曼）及暴露场景差异有关。PE在质量上占优与上海大气微塑料特征一致，其低密度和广泛使用利于长距离大气传输。PA与哮喘恶化相关，提示室内纺织纤维颗粒可能是被忽视的致病因素。机制方面，PE暴露类器官富集铁死亡通路，脂质代谢重编程和ALOX15上调支持多不饱和脂肪酸过氧化介导的铁死亡假说，线粒体功能障碍及铁稳态紊乱可能参与其中；p53信号激活连接氧化应激与细胞命运决定。
研究局限性包括：横断面设计不能推断因果；缺乏健康对照组；诱导痰反映近端气道，与肺泡为主的机制模型不完全一致；铁死亡证据仅源于转录组富集而无功能验证；难以完全排除背景污染及共存暴露混杂。
研究结论：本横断面研究证实哮喘儿童存在普遍呼吸道微塑料暴露，且PE和PA负荷较高与疾病控制不佳、肺功能下降及气道炎症增加相关。基于患者来源肺泡类器官的探索性转录组分析提名铁死亡相关和促炎通路为候选机制，有待功能验证及纵向研究进一步明确暴露-疾病关系及粒径依赖性生物学响应。这些发现支持PE作为儿童呼吸健康关注聚合物的必要性，并提示应重视儿童室内及环境微塑料暴露的公共卫生影响。
