交通尾气颗粒物致健康损害效应的关键组分及人群生物标志物研究

Large epidemiological studies have identified solid evidence to support the causal relationship between ambient air pollution and particle matter and cardiovascular diseases, cancer, and obstructive lung diseases in adults and stunt in lung function development in Children. The hypothesis underlying the study is the adverse health effects are caused by certain pollutants, or combinations of pollutants. Under the guide of the theory that individual components in complex air pollution exposure determine the adverse health effects, we propose to conduct a prospective molecular epidemiological study to assess the levels of mechanistic driven biomarkers in cohorts with high diesel/gasoline exposure and high diesel exposure only population, and school aged children. Based on the precise and systematic assessment of the components in air pollution exposure and through thorough association analysis with early effect and disease biomarkers, we aim to identify the components contributing to the etiology and pathogenesis of air pollution-induced diseases. Moreover, we will also identify dynamic pattern of the early effect and disease biomarkers with the temporal change of these etiological components. The successful completion of the proposed studies will provide evidence supporting the development of a health effects driven air pollution control strategy and the evaluation system which should hold great academic and societal values. Furthermore, novel early disease biomarkers will be developed for the identification of individuals with high risk for lung disease.

研究已证实了大气污染与心脑血管疾病、癌症和COPD以及儿童肺发育的因果关系。污染物暴露组分是导致健康损害效应的重要物质基础之一，在混合暴露条件下，关键组分决定健康效应。拟在柴油和汽油尾气混合暴露人群、单纯暴露柴油机尾气、暴露于混合大气污染的学龄儿童中开展以致病机制相关的生物标志物为基础的分子流行病学研究。在表征暴露组分基础上，分析测定暴露生物标志物、效应标志物和疾病标志物，应用数据挖掘技术对暴露-效应-结局进行整合分析，揭示颗粒物污染与人群健康的关系。通过对3类人群的暴露污染组分的准确全面定量，与早期效应和早期疾病标志物进行关联分析，解析PM导致健康效应的关键组分，深入研究关键组分导致的氧化应激、炎症和遗传等毒性通路和表观遗传修饰改变，以及早期疾病标志物的动态变化，并分析与儿童肺发育的关系。研究结果对制定基于健康指标的大气污染控制组分和效果评价指标，有重要的科学意义和社会价值。

本课题基于污染暴露组分是决定健康效应的关键因素的假设框架下，通过在不同种类暴露交通尾气人群开展以生物标志物为基础的分子流行病学研究。取得主要的研究进展和创新性点包括1）解析了交通尾气不同的组分的健康效应特征； 2）应用建立的新模型和方法，阐释了不同组分产生的效应的机制；3）发展了用于研究大气污染健康效应新的生物标志物。在柴油机尾气暴露队列人群、炭黑暴露队列人群和PAHs暴露队列人群和儿童中开展分子流行病学研究。通过对暴露组分的准确全面定量分析，测定早期效应和早期疾病标志物，解析了关键组分的效应特征。发现暴露交通尾气可以导致肺功能下降、肺功能发育降低、氧化应激和炎症反应，其中颗粒物的碳核组分的效应是以炎症和氧化应激诱导肺泡和支气管损害为主，而吸附的PAHs还可以导致较强的DNA和致染色体损伤。研发了新的研究方法和模型。利用体-离体生物感受细胞模型、“气室染毒”模型以及真实世界暴露模型等技术手段，解析不同组分交通尾气来源颗粒物引起机体肺外靶器官损伤的具体作用机制和靶点。对鸡胚模型进行创新性的改造和应用，建立了“气室染毒”模型研究PM2.5和柴机油尾气颗粒物暴露对生命敏感时期的毒性影响。应用真实世界暴露模型研究大气颗粒物危害的机制，多团队合作建立了真实暴露模型装置，进行小鼠多器官的病理损伤评价和机制研究。项目发展发掘新的标志物应用于人群暴露颗粒物的健康效应。第一，将肺内巨噬细胞碳载荷测定和分析方法应用于颗粒物暴露的靶剂量生物标志物，实现了在个体水平上直接评价碳颗粒物的内暴露。第二，将肺功能轨迹作于评价暴露于大气污染物对儿童肺发育影响的生物标志物，评价暴露对儿童肺发育的影响。第三，发展了肺部高分辨率CT扫描数据重构获得细支气管的结构测量参数，应用于评价颗粒物污染引起肺结构改变的效应标志物。.交通尾气是大气颗粒物的重要来源之一，我们对毒性效应与人群生物标志物为全面认识不同来源和组分大气颗粒物健康效应、找到相应的干预靶点、支撑预防和控制大气污染导致的健康损伤预防控制。