中国西北地区农村居民按家庭燃料类型的多环芳烃暴露、健康风险评估及肾脏相关性研究

《Atmospheric Environment》：PAHs Exposure, Health Risk Evaluation, and Renal Associations by Household Fuel Type in Rural Residents of Northwestern China

　　

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  农村居民中家庭燃煤燃烧显示出最高的多环芳烃（PAHs）人体负荷
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  燃煤用户尿液中的萘代谢物比其他用户高出3至4倍
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  燃煤用户中菲代谢物与尿素氮/肌酐比值（BUN/Cr）之间的关联不显著
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  整合外源性和内源性暴露对于健康风险评估至关重要

引言

在中国等发展中国家，大多数北方农村家庭仍以固体燃料作为炊事和取暖的主要能源，这主要归因于其经济实惠且易于获取（Du等人，2017；Mani等人，2020；X. Zhu等人，2019）。这种对固体燃料的依赖并非中国独有；总体而言，超过40%的家庭依赖固体燃料（生物质、煤炭、粪便）进行炊事和取暖（Sun等人，2018），在发展中国家的比例更高（Hao等人，2022）。2023年，中国居民家用燃烧煤炭约436万吨，较2015年的9500万吨显著下降。同时，基于2023年生物质发电198亿千瓦时的数据，生物质能利用量达到约2430万吨标准煤当量（国家统计局能源统计司，2024；国家能源局，2024）。每户家庭国内固体燃料燃烧量相对较低，但空气污染物排放量仍然显著，主要原因是燃烧不完全且缺乏室内净化设备（Bond等人，2002；Shen等人，2015）。燃料燃烧相关空气污染长期以来一直是中国许多农村地区的重要公共卫生问题（Lin等人，2021）。据统计，固体燃料使用每年估计在全球范围内导致超过350万人过早死亡和1.1亿个伤残调整生命年（DALYs），其中很大一部分负担归因于燃烧过程中释放的有害污染物暴露（Luo等人，2021）。

固体燃料燃烧释放的主要有毒有机物类别是多环芳烃（PAHs），包括母体多环芳烃（p-PAHs）及其衍生物：烷基化多环芳烃（a-PAHs）、氧化型多环芳烃（o-PAHs）和硝基多环芳烃（n-PAHs），因其致突变性、致癌性和遗传毒性而备受关注（Albinet等人，2008；Kim等人，2013；Shen等人，2013）。人体对PAHs的暴露主要通过吸入、摄入和皮肤接触发生（Yang等人，2022）。仅基于外源暴露和排放估算来评估人体PAHs暴露可能不够充分。例如，空气中PAHs的摄入量主要受吸入率和暴露途径影响（Dixon等人，2022）。由于PAHs的部分生物利用度，外源暴露评估可能被低估（Y. Zhu等人，2019）。为明确PAHs相关的健康风险，评估内源暴露不可或缺。亲脂性PAHs在吸收后代谢为单羟基化代谢物（OH-PAHs）（Wu等人，2022）。该过程通过两步完成：细胞色素P450酶首先将其氧化为环氧化物中间体，随后环氧化物水解酶通过还原和水解反应将其转化为羟基化代谢物（Li等人，2008）。这些OH-PAHs最终与硫酸盐和/或葡萄糖醛酸结合后随尿液排出（Rey-Salgueiro等人，2009；Yu等人，2021）。因此，尿液可作为评估人体PAHs内源暴露的有效生物标志物（Z. Li等人，2012；Yang等人，2021）。OH-PAHs通常半衰期较短；它们提供了关于近期来自各种来源和途径的PAHs暴露的关键信息（Dixon等人，2022）。其中，1-羟基芘（1-OHP）是最常被检测到的PAH代谢物（Shahsavani等人，2017；Smolders等人，2009）。其他代谢物还包括1-羟基萘（1-OHN）、2-羟基萘（2-OHN）和2-羟基芴（2-OHF）（Ciarrocca等人，2014）。

多项研究证明了PAHs与肾功能损害之间的关系（Hsu和Tain，2021；Kataria等人，2015）。值得注意的是，一项针对4117名美国成年人的横断面分析发现，在所检测的7种尿液OH-PAH代谢物中，仅有2-OHN与慢性肾脏病风险增加显著相关（OR: 1.60，95% CI: 1.14-2.24），而其他代谢物，包括菲和芘衍生物，均未显示这种关联。（Rahman等人，2022）。这种具有代谢物特异性的选择性关联突显了萘暴露对肾脏预后的特殊临床意义。PAHs诱导肾毒性的机制是多方面的。PAHs及其反应性代谢物已被证实与氧化应激相关，产生损伤肾脏细胞的活性氧物种并促进炎症细胞因子的产生，包括IL-1β、IL-6和IL-8（Hur等人，2013）。此外，PAHs是芳烃受体（AhR）的强效配体，AhR是一种高度参与肾脏疾病的转录因子；AhR激活通过多种下游信号通路促进肾脏炎症、纤维化和进行性肾损伤，包括NF-κB激活和CYP1A1/CYP1B1上调（Xie等人，2024）。这些机制性通路共同损害肾脏清除能力，表现为暴露人群中血清尿酸升高和BUN/肌酐比值改变（Farzan等人，2016）。例如，在美国人群中，较高的PAH水平与肾结石发病率升高相关（Sun等人，2021）。血清尿酸（UA）、肌酐（Cr）和尿素氮（BUN）/肌酐比值是评估肾脏健康的常用肾功能生物标志物（Koval?íkova等人，2018；Nashar和Fried，2012）。具体而言，Cr是由肌肉代谢产生的小分子，仅被肾小球滤过而不经肾小管重吸收，使其成为肾小球滤过率的可靠指标（Zhan等人，2017）。UA是嘌呤化合物的最终代谢产物，经肾脏滤过随尿液排出；血清水平升高表明肾清除能力下降。BUN/Cr比值通常约为10:1，是区分肾前性和肾脏内源性损伤的诊断工具（W. Lin，2023a）。尽管新兴证据表明PAH暴露可能存在肾毒性，但尚无研究全面探讨农村居民中PAH暴露与肾指标（UA和BUN/Cr比值）之间的关联，也未确定这种关联是否受燃料类型（煤、柴火或电）的修饰。

值得注意的是，中国西北地区农村的大气PAH浓度与城市地区相当，甚至可能更高（C. Li等人，2023；W. Li等人，2014）。然而，尽管存在如此高的污染负担，关于中国西北地区农村人群PAHs内源暴露水平的研究很少（He等人，2021；Xu等人，2018）。为弥补这些空白，我们在冬季（固体燃料使用高峰期）于铜川开展了一项横断面研究。通过按主要燃料类型分组招募居民，我们旨在：表征外源（呼吸吸入PM_2.5结合态PAHs）和内源（尿液OH-PAHs）暴露概况，利用外源和内源指标评估并比较致癌和非致癌风险；探讨这些暴露指标与肾脏健康指标（UA、BUN/Cr）之间的关联，并确定燃料类型是否修饰这些关联和风险概况。这一综合方法旨在提供特定来源的证据，揭示PAHs潜在的肾脏和致癌风险双重负担，为中国农村家庭能源转型期间的健康风险评估提供信息参考。

章节摘要

采样地点及人体尿液/血液样本采集

本研究在中国西北地区陕西省关中平原最北端的铜川（约109.33°E，35.44°N）的什堡村和温兴村进行（图1）。该地区为大陆性气候，冬季寒冷，导致家庭能源需求高。因此，当地家庭通常依赖煤炭、柴火和电力。我们招募了以家庭为主要能源使用者的成年居民，以确保

参与者特征描述

对76名农村居民进行了横断面调查，按家庭能源类型分类：煤（n = 19）、柴火（n = 44）或电（n = 13）。农村居民的 demographic 特征见表2。总体平均年龄为65.9岁（范围44-90岁），包括39名女性（51%）和37名男性（49%）。平均BMI为24.1 kg m^-2，其中燃煤组为24.5 kg m^-2，柴火组为24.4 kg m^-2，电力组为22.8 kg m^-2。然而，BMI被认为是潜在的

结论

农村人群的家庭能源来源与PAH暴露密切相关，在群体水平上与肾脏健康指标相关。燃煤用户尿液中的OH-PAH浓度比其他用户高3至4倍，致癌风险接近引起严重担忧的10^-4阈值。个体菲代谢物与肾功能生物标志物之间的相关性因燃料来源而异，但在进行多重比较校正后不再显著；这些

作者贡献声明

Sadaf Gulzar：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件，资源，方法论，调查，形式化分析，数据整理，概念化。Jian Sun：调查，形式化分析。Abdullah Akhtar：形式化分析，数据整理。Muhammad Nawaz：数据整理，概念化。Zhenxing Shen：可视化，概念化。Sulin Chen：方法论，概念化。Bei Han：可视化，调查，形式化分析，数据整理。Yujie He：

未引用参考文献

中国能源统计年鉴，2024；He等人，2021；Hua等人，2024a；Hua等人，2024b；Li等人，2024a；Li等人，2024b；Li等人，2008a；Li等人，2008b；Lin，2023；食品中的多环芳烃，2008；Wang等人，2022；Wu等人，2023a；Wu等人，2023b；Zhu等人，2019；Zhu等人，2019。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

生成式人工智能及AI辅助技术在写作过程中的声明

声明：在准备本作品的过程中，作者使用了chatGPT就文本提出建议以改善可读性和写作风格。在使用该工具/服务后，作者对所需要的内容进行了审阅和编辑，并对出版内容承担全部责任。

利益冲突声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由国家自然科学基金委员会资助（42277422）。

Sadaf Gulzar|Hongmei Xu|Bei Han|Sulin Chen|Yunxuan Gu|Yujie He|Abdullah Akhtar|Jian Sun|Zhenxing Shen|Muhammad Nawaz