《International Journal of Hygiene and Environmental Health》：Microbial species contributions to the inflammatory potential of occupational bioaerosol exposures from biomass-based energy production
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来自生物质电厂工人的混合暴露诱导HL-60细胞产生ROS（活性氧）。内毒素、灰尘和需氧细菌与炎症潜力相关。厌氧细菌物种组成与炎症潜力相关。三种细菌和一种真菌物种与炎症潜力相关。微生物物种可能影响混合暴露的炎症潜力。
来自生物质电厂工人的混合暴露诱导HL-60细胞产生ROS（活性氧）。内毒素、灰尘和需氧细菌与炎症潜力相关。厌氧细菌物种组成与炎症潜力相关。三种细菌和一种真菌物种与炎症潜力相关。微生物物种可能影响混合暴露的炎症潜力。
**论文解读：微生物物种对职业性生物气溶胶暴露炎症潜力的贡献**
**研究背景与问题**
在全球绿色转型背景下，丹麦及欧盟国家越来越多地使用秸秆和木材等生物质进行能源生产。生物质加工过程中会释放大量生物气溶胶（bioacrosol）和有机粉尘，导致工人暴露于真菌、细菌和内毒素（endotoxin）等有害成分。已有研究表明，职业性生物气溶胶暴露与呼吸道症状、炎症反应相关，但不同职业环境及暴露水平下的健康效应差异显著，且尚未建立官方职业暴露限值。这种差异可能源于个体易感性不同，但更关键的是暴露评估中缺乏对微生物物种的精细解析。不同微生物物种可能诱发不同的炎症反应，而纯培养研究无法反映混合暴露的协同或拮抗效应。因此，亟需在复杂混合暴露中解析各物种及物种组成对炎症潜力的贡献。
**研究设计与结论**
研究人员在丹麦22个生物质电厂（使用秸秆、木屑、木颗粒或混合燃料）对102名工人进行了129次全工作日个人暴露测量。通过细胞实验，利用人中性粒细胞样分化HL-60细胞（human neutrophil-like differentiated HL-60 cells）的活性氧（reactive oxygen species, ROS）产生量作为总炎症潜力（total inflammatory potential, TIP）指标。研究发现：内毒素、可吸入粉尘（inhalable dust）和需氧培养细菌（25°C）浓度与TIP呈正相关，其中内毒素关联最强（十倍增加对应72% TIP上升）；厌氧细菌物种组成与TIP显著相关（解释2.3%变异）；三种厌氧细菌（Paenibacillus barengoltzii、Pantoea agglomerans）和一种真菌（Aspergillus montevidensis）与TIP正相关，而Staphylococcus capitis与TIP负相关。该研究首次在混合暴露中证实特定微生物物种可独立影响炎症潜力，为职业暴露风险评估及限值制定提供了新视角。论文发表在《International Journal of Hygiene and Environmental Health》。
**关键技术方法**
研究人员使用GSP（Gesamtstaubprobenahme, CIS by BGI Inc.）个人采样器，以3.5 L/min流量在工作日采集工人吸入区可吸入粉尘（聚碳酸酯滤膜和特氟龙滤膜）。滤膜提取后，通过营养琼脂（NA）、苛刻厌氧琼脂（FAA）和DG18琼脂培养需氧菌（25°C）、厌氧菌（37°C）及真菌（25°C和37°C），计数菌落形成单位（CFU）。采用MALDI-TOF MS（基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱）进行物种鉴定，内毒素定量使用LAL（鲎阿米巴样细胞裂解物）法。HL-60细胞经维甲酸分化后，加入样品提取液，通过鲁米诺增强化学发光法测量ROS（ORION II微孔板发光检测仪），以曲线下面积（AUC）表示TIP。样本来源为丹麦22个生物质电厂，共129份个人暴露样本。
**研究结果**
**3.1 样本暴露水平**
样本中需氧菌（25°C）几何均数（GM）为5920 CFU/m3，厌氧菌GM为378 CFU/m3，真菌（25°C）GM为4469 CFU/m3，真菌（37°C）GM为922 CFU/m3，内毒素GM为47 EU/m3，可吸入粉尘GM为0.32 mg/m3，暴露水平变异较大（GSD 3.26–18.31）。
**3.2 暴露水平与总炎症潜力的关联**
混合线性模型（随机效应为实验批次）显示，TIP-AUC与内毒素（β=0.236, P<0.001）、可吸入粉尘（β=0.199, P<0.001）和需氧菌（25°C）（β=0.064, P=0.034）显著正相关，且模型边际R2=0.664，条件R2=0.828。敏感性分析证实估计值稳定，但内毒素和粉尘在相互排除后估计值变化明显，提示两者可能存在共线性。
**3.3 物种组成与总炎症潜力**
通过典型对应分析（CCA）检验物种组成与TIP-AUC的关联，仅厌氧细菌物种组成显著相关（P=0.047, 调整R2=0.015），解释2.3%变异；需氧菌（25°C）、真菌（25°C）和真菌（37°C）的物种组成无显著关联。
**3.4 个别物种与总炎症潜力**
混合模型校正样本浓度和批次后，经Benjamin-Hochberg多重检验，四种物种与TIP-AUC显著相关：厌氧菌Paenibacillus barengoltzii（β=0.16, 调整P<0.001）和Pantoea agglomerans（β=0.11, 调整P<0.001）呈正相关；厌氧菌Staphylococcus capitis（β=-0.12, 调整P=0.008）呈负相关；真菌（25°C）Aspergillus montevidensis（β=0.07, 调整P=0.032）呈正相关。这些物种的检出率及浓度范围各有差异。
**讨论与结论**
讨论部分指出，内毒素（LPS）和可吸入粉尘是TIP最强预测因子，与既往研究一致；细菌（25°C）的较弱关联提示需氧菌可能贡献较小。厌氧菌物种组成虽显著但解释度低，表明除物种组成外，微生物表面结构（如肽聚糖、LTA、β-葡聚糖）及真菌细胞状态（菌丝vs孢子）也可能影响ROS产生。个别物种中，P. barengoltzii、P. agglomerans和A. montevidensis的促炎效应与它们已知的致病性或环境来源相符，而S. capitis的负关联可能反映其皮肤共生菌特性或代表低炎症环境。HL-60细胞模型虽能快速检测ROS，但无法完全模拟体内暴露，且缓冲液可能干扰结果。结论部分翻译如下：
**结论**
本研究表明，来自生物质电厂的混合职业性生物气溶胶暴露能够诱导中性粒细胞样分化HL-60细胞产生ROS。暴露水平与内毒素、可吸入粉尘和需氧培养细菌（25°C）存在关联，关联强度依次递减。微生物物种组成也影响ROS产生，其中约束排序显示厌氧细菌物种组成与ROS产生相关。在物种层面，Paenibacillus barengoltzii、Pantoea agglomerans和Aspergillus montevidensis与ROS产生呈正相关，而Staphylococcus capitis呈负相关。这些发现表明，职业性生物气溶胶中存在的个别微生物物种可能影响先天免疫细胞的氧化爆发反应。此类差异可能由微生物表面结构及其他免疫刺激成分的变异引起。总体而言，该研究支持将基于ROS的细胞试验作为探索复杂职业性生物气溶胶暴露炎症潜力的功能性方法。研究结果进一步提示，对微生物暴露进行物种级表征可能有助于理解特定微生物如何贡献于职业性炎症风险。
