线粒体DNA甲基化：连接室内空气净化与年轻人心血管损伤缓解的桥梁

《Environmental Research》：Mitochondrial DNA methylation as a bridge: Linking indoor air purification to alleviated cardiovascular impairments in young adults

　　

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  PM_2.5暴露可直接诱导人体线粒体DNA发生甲基化。
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  mtDNA甲基化介导了PM_2.5对心血管生物标志物的影响。
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  空气净化器的使用可迅速逆转PM_2.5诱导的表观遗传效应及亚临床影响。
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  我们揭示了一条将空气污染与心血管风险联系起来的新表观遗传通路。

引言

细颗粒物（PM_2.5）对健康构成重大威胁，是导致多种疾病的关键风险因素，尤其是心血管疾病（CVD）。流行病学研究一致表明，PM_2.5暴露与心血管疾病发病率和死亡率升高之间存在关联[1], [2], [3]。《全球疾病负担研究2021》（GBD）报告指出，环境颗粒物（PM）已成为全球首要风险因素，超过了高血压、吸烟和其他主要疾病负担贡献因素[4]，凸显了其深远的公共卫生影响。然而，PM_2.5暴露导致心血管功能损害的具体病理生理机制仍未完全阐明。

新兴证据表明，表观遗传机制，尤其是DNA甲基化，可能是空气污染心血管效应的介导因素[5]。然而，现有研究结果并不完全一致，具体机制也尚不明确。线粒体DNA（mtDNA）因其缺乏组蛋白保护且DNA修复能力有限，对环境变化尤为敏感[6]。多项研究提出了mtDNA甲基化与心血管疾病事件发生之间的关联[7], [8]。例如，一项观察性研究显示，PM_2.5与特定线粒体基因（包括mtATP6和mtATP8）的DNA甲基化呈负相关[9]。然而，目前有关这些表观遗传反应的对照干预研究仍然稀缺。尽管已有研究表明，在高危心血管疾病人群中，PM_2.5及气态污染物暴露可导致血小板mtDNA低甲基化[10], [11]，但目前仍缺乏来自受控暴露环境、特别是使用空气净化器干预健康青年人群的相关证据。

因此，为从机制上探究这些通路，我们开展了一项随机、双盲、假对照交叉试验，采用空气净化干预。本研究特别旨在评估mtDNA甲基化状态对个人PM_2.5水平短期波动的敏感性，以及该线粒体表观遗传机制在PM_2.5暴露与一组心血管生理及分子标志物之间可能发挥的中介作用。我们的主要假设为，主动干预（与假干预相比）将显著降低个人PM_2.5暴露水平，从而改变特定线粒体基因的mtDNA甲基化水平。我们的次要假设为，这些甲基化变化与心血管生物标志物的改善（包括血压和亚临床生物标志物）呈负相关。我们进一步假设，mtDNA甲基化将是PM_2.5暴露减少与心血管反应之间的中介通路。

各章节摘要

研究设计与参与者

2023年6月至8月，在中国安徽省合肥市对39名大学生开展了一项随机、双盲交叉试验。详细的研究设计和干预方案此前已描述[12]。报名时，参与者填写了有关人口学特征和病史的问卷。所有受试者均为非吸烟者，无已诊断的心肺疾病或过敏状况，且报告无规律饮酒、用药或饮食限制。

描述性统计

图1展示了空气净化器干预研究中参与者招募和分配的流程图。最终，38名受试者纳入统计分析。表1展示了特征和健康指标的基线数据。本研究共纳入10名男性（26.32%）和28名女性（73.68%），平均年龄和BMI值分别为23.94岁和21.51 kg/m²。研究期间，无参与者服用任何药物。

讨论

本研究证实，空气净化器干预可降低个人PM_2.5暴露水平，并缓解其心血管后果。短期PM_2.5暴露与血压、mtDNA甲基化和循环生物标志物的变化相关，其中mtDNA甲基化部分介导了这些关联。值得注意的是，并行中介分析特别指出甲基化的mtATP6和mtCOX3是连接PM_2.5暴露与mtDNAcn通路的关键词介导因子。这些发现证实了该研究的实际意义……

结论

总之，我们的研究发现，通过使用空气净化器实现的个人PM_2.5暴露短期减少，与心血管后果的改善及mtDNA甲基化的同步变化相关。我们观察到，短期PM_2.5暴露与血压升高、内皮功能障碍、系统性炎症、氧化应激、凝血功能障碍、血管老化加速以及mtDNA甲基化降低有关。值得注意的是，mtDNA低甲基化……

CRediT作者贡献声明

林苗：软件、方法、调查。李伟康：软件、方法、调查。谢清秀：软件、方法、调查。江婷婷：撰写——初稿、可视化。王华：撰写——审阅与编辑、监督、资源。苑志：数据管理。方苗：软件、方法、调查。江存忠：软件、方法、调查。林智晶：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、资源、项目管理，

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

伦理声明

已获取所有参与者或其法定代表的书面知情同意，同意参与本研究并发表文章。参与者的隐私权已得到尊重。

本研究遵守了研究开展地相关的法律、监管框架和指导方针。本研究已获得安徽医科大学医学伦理委员会批准。（批准号：#IRB 20210652）

数据可用性

本研究中使用和/或分析的数据集可通过合理请求向通讯作者获取。

所有作者的利益冲突声明

未声明

数据可用性

本分析所使用的数据可通过合理请求与通讯作者联系获得。

数据可用性

数据可根据请求提供。

AI详细声明

在研究开发和设计、数据收集、数据评估以及稿件撰写的各个阶段，均未使用AI。

利益冲突声明

? 作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能会影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由国家自然科学基金（82003424）及安徽医科大学科学研究基金（XJ201908）和基础与临床协作研究推广项目（2020xkjT017）资助。作者感谢本研究中所有志愿者的贡献。作者还感谢中国复旦大学仝海东教授、蔡静教授和陈仁杰教授在提供实时……方面的大力支持。

致谢

本研究由国家自然科学基金（82003424）及安徽医科大学科学研究基金（XJ201908）和基础与临床协作研究推广项目（2020xkjT017）资助。作者感谢本研究中所有志愿者的贡献。作者还感谢中国复旦大学仝海东教授、蔡静教授和陈仁杰教授在提供实时……方面的大力支持。

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