多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是环境中广泛存在的一类有机污染物,主要由煤、油、燃气等含有碳和氢的有机物(如烟草和烤肉)不完全燃烧产生。每天自然环境和人类活动都会产生大量的PAHs并排放至周围环境中。通过饮食和呼吸摄入是PAHs进入机体的最主要方式。PAHs暴露导致的健康影响日益成为全球所关注的问题。以往的研究已经证实,PAHs暴露与肺癌、膀胱癌以及皮肤癌等多种恶性肿瘤的发生密切相关。近期越来越多的动物实验和流行病学研究表明,急性和慢性的PAHs暴露均可导致呼吸系统损伤。肺功能是反映机体呼吸系统健康状况的重要指标之一。然而,关于PAHs暴露与肺功能之间关联性的研究并不多见,且大部分研究对象为PAHs较高暴露的职业人群如焦炉工以及汽车司机等。由于普通人群PAHs暴露明显低于职业人群,故进一步在普通人群中探究PAHs暴露与肺功能改变之间的关联性显得尤为重要。PAHs暴露引起呼吸系统损伤的机制目前尚不完全清楚。既往研究发现PAHs暴露可通过提高机体活性氧(ROS)和C反应蛋白(CRP)的水平来激活机体内的氧化应激和炎性反应,而氧化应激和炎性反应已被证实参与了多种肺部疾病的病理变化过程。因此,除ROS和CRP两种反映整个机体氧化和炎性反应的标志物外,进一步探讨参与PAHs暴露引起肺功能下降的可能通路或者生物标志物对深入研究PAHs导致肺组织损伤的途径,选择预防和恢复肺功能的靶点是很有必要的。克拉拉细胞分泌蛋白(Claracell secretory protein,CC16)是一种15.8-kDa的蛋白,主要由无纤毛支气管克拉拉细胞分泌,被认为是肺上皮完整性的标志物。外来物刺激气道可激活机体发生氧化应激和炎性反应,而在气道局部会通过产生大量CC16来对抗氧化和炎性进而保护气道。大量的流行病学研究已证实,低水平的CC16与肺功能下降甚至呼吸系统疾病[如哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)]的发生密切相关,故CC16也同时被认为是临床上帮助诊断某些呼吸系统疾病的特异性标志物。许多有害的环境污染物如木材烟尘、香烟以及砷等都可以通过损伤克拉拉细胞从而降低CC16的水平。与其他气道上皮细胞相比,克拉拉细胞可高表达多环芳烃受体(expressed aryl hydrocarbon receptor,AhR),这使得克拉拉细胞对PAHs的暴露更为敏感。然而,关于PAHs暴露对克拉拉细胞的损伤或CC16水平影响的研究甚少。仅有的一项PAHs暴露的动物实验模型结果显示,PAHs的暴露可减少克拉拉细胞的数量,也可同时降低CC16 mRNA的表达水平。究竟CC16是否参与且如何参与PAHs诱导肺功能下降的过程目前尚不清楚。基于上述原因,本研究选取我国武汉与珠海两城市4812名成年的社区居民为研究对象,在2011至2012年间完成基线调查、血尿样收集及肺功能测定,并于三年后进行第一次随访工作,随访时再次进行了个人生活习惯等问卷、血尿样的收集和肺功能测定。通过测定每位参与者尿中PAHs代谢产物、血浆中CC16以及肺功能水平,进而:1)了解武汉和珠海两城市成年社区居民尿中PAHs代谢产物的水平及分布情况,同时通过分析尿中PAHs代谢产物分别与饮食所摄入的PAHs暴露的估计量、交通暴露时间以及吸烟量之间的关联性,探讨普通人群PAHs暴露的可能摄入方式;2)探究尿中PAHs代谢产物与肺功能水平之间的关联;3)分析不同分子量PAHs分别与血浆CC16以及肺功能变化之间的关联,探究血浆CC16在尿中PAHs代谢产物与肺功能下降关联性中的效应修饰作用。研究内容分为以下三个部分:第一部分武汉-珠海社区人群多环芳烃暴露水平及摄入方式目的:了解我国两城市普通人群尿中PAHs代谢产物的浓度分布情况;分析PAHs暴露的主要摄入方式。方法:本研究采取分层整群随机抽样的方法在武汉和珠海两城市的社区人群中招募研究对象,建立了武汉-珠海社区队列。通过问卷调查的方法收集研究对象的人口学信息、职业暴露情况以及吸烟、饮食等生活习惯和交通暴露情况等;采用气相色谱-质谱联用法测定人群尿中PAHs代谢产物的浓度,进一步结合以上问卷信息通过多元线性回归的分析方法分别估计尿中PAHs代谢产物与饮食所摄入的PAHs暴露的估计值、交通暴露时间以及吸烟量的关联。结果:在剔除676名问卷信息不全及未留取尿样的参与者后,本部分研究最终纳入队列人群研究对象共计4136人,其中武汉人群2780人,珠海人群1356人。总人群平均年龄为53.1岁,且32.8%的研究对象为男性。与居住在珠海的研究对象相比,武汉社区人群的收入水平、体育锻炼程度和做饭次数均相对较低,而吸烟和被动吸烟比例、吸烟量、酒精摄入频次和交通暴露水平较高。2-OHNa、9-OHFlu和1-OHP是尿中10种PAHs代谢产物中浓度较高的代谢产物。不同类别的代谢产物(ΣOHNa、ΣOHFlu、ΣOHPh和ΣOHP)之间均存在正相关(Spearman相关系数r值为0.41～0.63,所有P均<0.001)。武汉市研究对象尿中总PAHs代谢产物水平(中位数:5.96 μg/mmol Cr)高于珠海人群(5.10μg/mmolCr)。除1-OHPh以外,其他9种PAHs代谢产物的水平在武汉人群尿中的含量均高于珠海人群。个体PM2.5上结合的PAHs与某些尿中PAHs代谢产物的浓度之间存在正相关(Spearman 相关系数 r 值为 0.08～0.53,P<0.05)。武汉和珠海两城市社区人群尿中PAHs代谢产物与饮食所摄入的PAHs暴露的估计值、交通暴露时间以及吸烟量之间均存在正相关;且与武汉人群相比,珠海人群中所有的关联性均更强。结论:武汉社区人群PAHs暴露水平高于珠海人群。饮食摄入、交通尾气吸入和吸烟是我国普通人群PAHs暴露的主要方式。呼吸道吸入PM2.5是人体PAHs暴露的重要途径之一。第二部分武汉-珠海社区人群尿中多环芳烃代谢产物与肺功能水平的关联目的:阐明尿中PAHs代谢产物与肺功能水平之间的关联性。方法:根据美国胸科协会指南中推荐的方法对武汉-珠海队列研究对象进行肺功能测定,结合第一部分尿中PAHs测定的结果,通过线性混合模型分析以上两者的关联性;同时采用分层分析的方法探讨年龄、性别、BMI、吸烟状况、饮酒状况以及体育锻炼等因素对该关联的潜在影响。结果:在第一部分研究对象的基础上,进一步排除144名未测定肺功能的参与者,故本部分纳入研究对象3992人,其中包括1306名男性和2686名女性参与者。在校正了年龄、性别、身高、体重以及吸烟状况等混杂因素后,结果显示随着尿中总PAHs代谢产物水平的升高,研究对象肺功能指标FVC和FEV1的实际值降低。在所有研究对象中,2-OHNa、2-OHFlu、4-OHPh、9-OHPh、3-OHPh、2-OHPh、1-OHP和ΣOH-PAHs每增加一个自然对数单位,FVC分别降低27.88、18.58、27.55、22.35、18.34、24.48 和 29.30 ml;1-OHNa、2-OHNa、9-OHFlu、2-OHFlu、4-OHPh、9-OHPh、3-OHPh、1-OHPh、2-OHPh、1-OHP 及ΣOH-PAHs 每增加一个自然对数单位,FEV1 分别降低 14.24、26.17、11.97、17.62、25.62、22.91、12.86、16.78、23.01、25.40和32.56 ml。分类模型分析结果显示,随着4-OHPh和1-OHP的浓度升高,FVC水平呈现单调递减的趋势,而FEV1水平随着9-OHFlu、4-OHPh、9-OHPh、1-OHP和ΣOH-PAHs浓度增加,呈现相似的趋势。分层分析两城市研究对象的上述关联性,结果均呈现类似的暴露-效应关系。将研究对象根据吸烟状况进行分组,结果显示吸烟人群肺功能指标FVC的下降与 2-OHNa、2-OHFlu、4-OHPh、3-OHPh、1-OHPh、1-OHP 和ΣOH-PAHs 存在关联;FEV1下降与每种PAHs代谢产物均存在关联。在不吸烟人群中,FVC的下降与2-OHNa、2-OHFlu、4-OHPh、9-OHPh、3-OHPh、2-OHPh、1-OHP 和ΣOH-PAHs相关,而FEV1的降低与 2-OHNa、4-OHPh、9-OHPh、2-OHPh、1-OHP 以及ΣOH-PAHs的升高相关。吸烟者尿中PAHs代谢产物与肺功能下降的关联性更强。分层分析的结果提示,饮酒可增强尿中总PAHs代谢产物与肺功能指标之间的关联性(FVC:效应修饰P=0.002;FEV1:P=0.007);而其他因素如性别、年龄、体质指数、吸烟状况、体育锻炼及研究对象所居住的城市均不影响该关联。结论:在我国普通人群中,尿中PAHs代谢产物的浓度与肺功能水平的下降密切相关,且这种关联性在吸烟者中更强。第三部分克拉拉细胞分泌蛋白与尿中多环芳烃代谢产物及肺功能水平的关联目的:探究不同分子量尿中PAHs代谢产物和血浆CC16之间的关联性,以及CC16与肺功能指标之间的关联性。方法:在武汉-珠海社区队列的研究对象中,采用酶联免疫吸附测定的方法检测社区人群血浆中CC16的浓度,并将尿中PAHs代谢产物根据分子量大小分为高分子量PAHs代谢产物(HMWOH-PAH)和低分子量PAHs代谢产物(LMWOH-PAHs)两组,进一步结合肺功能水平,运用线性混合模型分别探究尿中不同分子量的PAHs代谢产物和CC16之间的关联性,以及CC16与肺功能指标之间的关联性;同时分析CC16对尿中PAHs代谢产物和肺功能指标之间关联性的效应修饰作用。结果:在第二部分所纳入的研究对象中进一步排除未进行血浆CC16浓度测定者608人,本部分最终入选3384人,平均年龄为53.3岁。研究对象尿中总PAHs代谢产物的中位数是5.70μg/mmolCr,血浆CC16浓度中位数为17.36ng/ml。年龄升高、有粉尘或化学物等职业暴露、被动吸烟量大者,以及平时自己做饭和参加规律性体育锻炼的研究对象具有较高的血浆CC16水平;而体质指数较高、吸烟量和饮酒频次较大的研究对象血浆CC16的水平相对较低。连续性模型分析的结果显示,ΣHMW OH-PAH和ΣLMW OH-PAHs每增加一个自然对数单位,FEV1分别下降22.59和25.25 ml;ΣHMW OH-PAH每增加一个自然对数单位,FVC下降30.38 ml;ΣLMW OH-PAHs与FVC下降无统计学意义(P=0.05)。分类变量模型分析结果显示:随着ΣHMW OH-PAH和ΣLMW OH-PAHs水平的增加,FEV1和FVC均呈现单调递减的趋势。CC16的水平可影响尿中PAHs代谢产物(无论分子量高低)与肺功能水平的关联性,在血浆CC16低水平组中两者关联有统计学意义,随着CC16水平的升高,该关联减弱或消失。结果同时显示CC16可调节FVC和ΣHMW OH-PAH之间的关联性(效应修饰P=0.03)。ΣHMWOH-PAH和血浆CC16浓度存在非线性关系(非线性趋势P=0.03),且当自然对数转换后的ΣHMW OH-PAH值大于-0.40(ΣHMW OH-PAH原始浓度为0.67μg/mmol Cr)时,CC16水平随着暴露水平的增加而单调递减。在尿ΣHMW OH-PAH水平高的人群中,ΣHMW OH-PAH浓度与血浆CC16水平下降存在关联。采用自然三次样条函数进行拟合的结果与上述结果类似。ΣLMW OH-PAHs水平与血浆CC16浓度之间并未观察到明显的线性或非线性关系。血浆CC16水平与肺功能水平存在关联。基线数据横断面分析结果显示,随血浆CC16水平的增加,研究对象FEV1和FVC水平均显著增加(P=0.02和P=0.004)。随访数据横断面分析也发现类似的结果:三年后随访时研究对象的血浆CC16水平与三年后的肺功能水平存在关联,随CC16水平的增加,FEV1和FVC水平均显著增加(P<0.01 和P=0.04)。纵向研究结果发现,基线血浆CC16与三年后随访时的肺功能水平有关,基线时血浆CC16与随访时FEV1水平存在正相关(P=0.006),而与随访时FVC的关联无统计学意义(P=0.21)。基线CC16浓度与肺功能下降的发生存在倒“U”型的暴露-效应关系。血浆CC16浓度低于11ng/ml时,随着CC16水平的升高,肺功能呈现上升趋势,而当血浆CC16浓度在11～40ng/ml时,肺功能下降的相对危险度随着CC16浓度的增加呈现单调递减的趋势。结论:高分子量的PAHs代谢产物与血浆CC16水平的下降存在非线性相关。血浆CC16水平与肺功能水平呈现正相关。血浆中低浓度的CC16可增强PAHs暴露对肺功能水平的影响。