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我院多组学研究揭示交通污染对人体心血管系统的影响机制和相关生物标志

更新日期: | 点击数:1257

(供稿:张庆丽)

近日,我院阚海东、陈仁杰课题组,采用随机、交叉对照的研究设计,运用代谢组学、脂质组学、蛋白质组学,并联合靶向生物学标志物和心血管亚临床指标,比较全面地探索了交通相关空气污染暴露对心血管系统的急性影响及其机制,发现了一些与交通暴露相关的新颖生物标志。本研究结果以“Cardiovascular effects of traffic-related air pollution: a multi-omics analysis from a randomized, crossover trial”为题在线发表于《Journal of Hazardous Materials》杂志。

空气污染是首要的环境健康危险因素,交通是城市空气污染的重要来源。心血管系统疾病如高血压、冠心病、中风、心律不齐和血脂异常等与交通相关空气污染存在一定的关联。有研究报道交通相关空气污染还与心血管亚临床指标的改变有关。但其对心血管系统影响的生物学机制仍未完全阐明。

本研究采用随机、交叉对照的研究设计,纳入了56名志愿者。将志愿者随机分为两组,先后按照预设的路线在交通繁忙的马路上和远离交通的公园中心活动4小时,两个试验阶段间隔至少两周的洗脱期。在每个暴露时段中,实时测量了交通相关空气污染物(PM2.5、UFP、BC、NO2和CO)的个体暴露水平。在暴露当天,对志愿者进行动态血压和动态心电图监测。在暴露前、暴露结束后1小时和暴露后第二天早上分别进行了3轮健康体检,并收集了志愿者的尿液和外周静脉血生物样本。使用暴露后1小时采集的生物样本进行代谢组、脂质组和蛋白质组检测。根据以往研究中报道的空气污染健康效应的可能机制,挑选了28种靶向生物标志物在暴露前和暴露结束后1小时收集的生物样本中进行检测,并选取其中的21种在暴露后第二天早上收集的生物样本中进行重复检测。

研究发现,在暴露活动过程中,除PM2.5以外的交通相关空气污染物在马路组的平均暴露水平远高于公园组,比公园组高出2~3倍。PM2.5的浓度在马路组仅略高于公园组。与公园组相比,马路组志愿者的血压暴露后开始上升,显著的组间差异在暴露开始后4小时出现,相对于公园组,马路组志愿者的收缩压最大增加3.80 mmHg,舒张压最大增加2.69 mmHg,该效应维持数小时后逐渐减弱直至消失。马路组志愿者部分心率变异性指标暴露前后的改变量显著低于公园组。

通过代谢组、脂质组、蛋白质组及靶向生物标志物分析发现,几十种心血管相关的分子在交通暴露后发生显著变化。其中涉及的生物学机制包括系统炎性、氧化应激、内皮功能障碍、凝血和脂质代谢紊乱。此外还观察到与血管平滑肌细胞增殖和迁移相关的早期分子和一些新颖的生物学标志物如氧化三甲胺可能与交通相关空气污染暴露有关。在暴露结束后1小时显著改变的靶向标志物,大部分在暴露后第二天早上组间差异消失。在各个交通相关空气污染物中,与NO2显著相关的生物分子数量最多。

以上研究发现为交通相关空气污染对心血管系统的影响提供了相对全面的机制学证据,并对交通相关空气污染的治理和人群疾病负担的降低有一定的指导意义。

公共卫生学院博士后张庆丽、杜喜浩为该论文的共同第一作者,阚海东教授、陈仁杰教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(92043301、92143301)、上海市公共卫生三年行动计划(GWV-10.2.XD17、GWV-10.1-XK11)和上海市科学技术委员会项目(21TQ015)的资助。

 

文章链接:https://authors.elsevier.com/sd/article/S0304-3894(22)00820-2

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129031