血漿細(xì)胞因子表達(dá)水平及尿中金屬、多環(huán)芳烴暴露水平與成人哮喘的關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、哮喘是一種以慢性氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性和氣管壁重塑為主要特征的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的氣短、氣喘、胸悶等癥狀。近年來全球范圍內(nèi)哮喘發(fā)病率逐年升高。2013年全球大約有2.35億人患有哮喘，每年近10萬人死于哮喘。2013年我國居民哮喘患病率達(dá)到了1.2％，較十年前顯著上升，其中北京和上海地區(qū)的哮喘發(fā)病率分別增高了147.9%和190.2%。為了更好地預(yù)防和控制哮喘發(fā)病，急需對哮喘的致病因素及發(fā)病機(jī)制進(jìn)行深入研究。
　

2、　哮喘發(fā)病除了與遺傳因素有關(guān)，還受到環(huán)境因素的影響。既往研究較多的環(huán)境因素包括空氣顆粒物、環(huán)境煙霧等。關(guān)于金屬或者多環(huán)芳烴對哮喘尤其是成人哮喘患病影響的研究仍然較少，且一般采用環(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行暴露評價(jià)，最終得到的結(jié)論也不一致。本課題組猜想這可能由于金屬、多環(huán)芳烴廣泛存在于空氣、土壤和水體中，可經(jīng)多種途徑如呼吸道、消化道、皮膚等進(jìn)入人體。單一進(jìn)行環(huán)境空氣或者食物暴露評價(jià)難以準(zhǔn)確反映人體接觸金屬和多環(huán)芳烴的實(shí)際暴露量，影響了其與哮喘關(guān)系

3、的分析。相比之下，生物監(jiān)測方法可更為準(zhǔn)確而全面地反映人體實(shí)際接觸環(huán)境毒物的水平，通過該方法分析和評估環(huán)境毒物暴露與健康的關(guān)聯(lián)也更可信。尿液因其采集方便、易獲得、無損傷等特點(diǎn)，是大樣本環(huán)境和職業(yè)暴露研究中比較常用的生物樣本。由于金屬和多環(huán)芳烴主要經(jīng)尿液排出體外，因此本研究擬選取成人哮喘病例和健康對照作為研究對象，通過檢測尿中金屬及多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物的濃度評估個(gè)體暴露水平，進(jìn)一步分析金屬和多環(huán)芳烴暴露與成人哮喘患病的可能關(guān)聯(lián)。
　　炎癥

4、反應(yīng)是哮喘的典型病理特征。許多炎性細(xì)胞因子均被證實(shí)與哮喘發(fā)病有關(guān)，并且在此基礎(chǔ)上衍生了諸多假說如Th1/Th2比例失衡等，但目前并沒有一個(gè)假說能完全解釋哮喘的發(fā)病機(jī)制。本研究試圖通過采用高通量蛋白芯片檢測成人哮喘病例和健康對照血漿中280種細(xì)胞因子，篩選出哮喘相關(guān)的新的細(xì)胞因子，同時(shí)探討這些細(xì)胞因子在環(huán)境因素誘發(fā)哮喘過程中的作用。
　　本研究的目的主要包括：（1）發(fā)現(xiàn)及驗(yàn)證與哮喘相關(guān)的新的細(xì)胞因子，分析其與成人哮喘患病及哮喘嚴(yán)重程

5、度的關(guān)聯(lián)；（2）探討環(huán)境毒物如金屬、PAHs暴露水平與成人哮喘患病之間可能存在的關(guān)聯(lián)。主要包括三部分：（1）采用高通量蛋白芯片技術(shù)篩查8名哮喘病人和16名健康對照血漿中280種細(xì)胞因子的表達(dá)水平，篩選出在兩組間表達(dá)有差異的細(xì)胞因子，并結(jié)合文獻(xiàn)挑選出5個(gè)細(xì)胞因子，進(jìn)而在1009對成人哮喘病例-對照研究人群中進(jìn)行驗(yàn)證，探討新篩選出的細(xì)胞因子與成人哮喘患病之間關(guān)聯(lián)；（2）選擇1009對成人哮喘病例-對照人群中已收集尿樣的人作為研究對象，按年齡

6、、性別匹配后，檢測尿液樣本中22種金屬水平，探討金屬暴露水平與成人哮喘患病之間的關(guān)聯(lián)；（3）檢測成人哮喘病例和對照人群尿中10種多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物，分析多環(huán)芳烴暴露水平與成人哮喘患病以及細(xì)胞因子表達(dá)水平之間的關(guān)聯(lián)。
　　第一部分、血漿細(xì)胞因子表達(dá)水平與成人哮喘的關(guān)聯(lián)性研究
　　目的：篩選成人哮喘病例與健康對照間差異性表達(dá)的細(xì)胞因子，并分析其與成人哮喘患病及哮喘嚴(yán)重程度之間的關(guān)聯(lián)。
　　方法：2010年10月至2012年1

7、月間，在武漢市某三甲醫(yī)院呼吸內(nèi)科選取確診的哮喘病人作為病例。在與病例同地區(qū)居住的社區(qū)人群中挑選健康對照。哮喘病例和健康對照各1009例，均為成人，按性別、年齡（±5歲）進(jìn)行1:1匹配。研究對象均接受問卷調(diào)查，收集既往職業(yè)史、個(gè)人和家庭疾病史以及生活習(xí)慣等。對于哮喘病例，主要收集其發(fā)病前的信息。哮喘病例及對照均進(jìn)行體格檢查。在總?cè)巳褐刑暨x8名非吸煙哮喘病例和16名性別、年齡匹配的非吸煙健康對照，采用高通量蛋白定量芯片技術(shù)，篩選在病例和對照

8、血漿中差異性表達(dá)的細(xì)胞因子。結(jié)合哮喘發(fā)病的相關(guān)文獻(xiàn)，選擇5種細(xì)胞因子在1009對病例-對照人群中進(jìn)行驗(yàn)證。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）檢測外周血血漿中5種細(xì)胞因子水平。比較哮喘病例組和健康對照組之間人口學(xué)特征和臨床指標(biāo)的差異，連續(xù)型變量采用t檢驗(yàn)，分類變量采用卡方檢驗(yàn)。采用 Wilcoxon符號秩和檢驗(yàn)比較細(xì)胞因子在哮喘病例和健康對照人群中的分布差異，用Spearman秩和相關(guān)分析方法分析細(xì)胞因子之間的相關(guān)性。采用條件logist

9、ic回歸模型分析5種細(xì)胞因子與哮喘患病之間的關(guān)系。將哮喘病例分為持續(xù)發(fā)作期病例和間歇發(fā)作期病例，采用非條件 logistic回歸模型分析5種細(xì)胞因子表達(dá)與哮喘嚴(yán)重程度之間的關(guān)系。
　　結(jié)果：篩選過程最終選擇了CA15-3、CCL11、CD14、Adipsin和IL-9五種細(xì)胞因子。驗(yàn)證人群中，哮喘病例組中男性占41.53%，平均年齡為44.48±14.71歲；健康對照組中男性占41.53%，平均年齡為45.15±15.12歲；哮喘

10、病例分為間歇發(fā)作（596例，59.1%）和持續(xù)發(fā)作（413例，40.9%）兩個(gè)亞組。
　　與健康對照組相比，哮喘病例中有哮喘家族史者比例（10.41%）較高，而吸煙（11.89%）、飲酒者（10.61%）比例較低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。哮喘病例的肺功能指標(biāo)均低于對照組，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。哮喘病例和健康對照在飼養(yǎng)寵物、種植花草以及BMI指數(shù)方面無顯著差異。
　　哮喘病例血漿中 IL-9的表

11、達(dá)水平比健康對照高，且持續(xù)發(fā)作期高于間歇發(fā)作期（P<0.0001）。哮喘病例血漿中CCL11、CD14和Adipsin的表達(dá)水平比在健康對照組低，且持續(xù)發(fā)作期低于間歇發(fā)作期（P<0.0001）。哮喘病例血漿中CA15-3的表達(dá)水平比健康對照高，持續(xù)發(fā)作期高于間歇發(fā)作期，但差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。采用logistic回歸模型分析發(fā)現(xiàn)，CA15-3和IL-9表達(dá)水平升高可能與成人哮喘患病增加有關(guān)；CCL11、CD14和Adips

12、in表達(dá)水平降低可能與成人哮喘患病減少以及哮喘嚴(yán)重程度降低有關(guān)。
　　結(jié)論：CA15-3、CCL11、CD14、Adipsin和IL-9五種細(xì)胞因子與成人哮喘患病之間存在一定的關(guān)聯(lián)，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。
　　第二部分、尿中金屬暴露水平與成人哮喘的關(guān)聯(lián)性研究
　　目的：比較成人哮喘病例和健康對照尿液中22種金屬暴露水平，探討金屬暴露與成人哮喘患病之間的關(guān)聯(lián)。
　　方法：包括551名成人哮喘病例和551名健康對照

13、，按年齡、性別1:1匹配。收集研究對象基本信息并進(jìn)行體格檢查。對于哮喘病例，主要收集其發(fā)病前的信息。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測尿液樣本中22種金屬的暴露水平，并用肌酐進(jìn)行校正。比較哮喘病例組和健康對照組之間人口學(xué)特征和臨床指標(biāo)的差異，連續(xù)型變量采用t檢驗(yàn)，分類變量采用卡方檢驗(yàn)。采用Wilcoxon符號秩和檢驗(yàn)比較尿中金屬濃度在哮喘病例和健康對照人群中的差異，用 Spearman秩和相關(guān)分析方法分析金屬之間的相關(guān)性。采用logis

14、tic模型分析尿中金屬濃度與哮喘患病之間的關(guān)聯(lián)。
　　結(jié)果：哮喘病例和健康對照人群中男性占43.01%。哮喘病例組平均年齡為42.41±12.56歲，健康對照組平均年齡為42.74±12.80歲，差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.3769）。哮喘病例組BMI指數(shù)（23.02±3.46 kg/m2）低于健康對照組（24.00±3.66 kg/m2），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。哮喘病例中急性期和緩解期病例分別為357例（64.7

15、9%）和194例（35.21%）。哮喘病例組中有哮喘家族史者比例（11.25%）高于健康對照組（2.00%），但吸煙者比例（12.52%）低于健康對照組（23.96%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。除FVC(%預(yù)測值)外，哮喘病例肺功能指標(biāo)均低于健康對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。
　　哮喘病例組尿液中鉻、銅、砷、硒、鍶、鉬、鎘、錫、銻、鎢和鈾共11種金屬濃度的幾何平均數(shù)高于健康對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

16、<0.005）；哮喘病例尿液中鋁、釩、錳、鐵、鎳、鋅、銣、鋇、鉈和鉛共10種金屬濃度的幾何平均數(shù)低于健康對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.005）。尿鈷的濃度在病例和對照兩組間的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.8720）。
　　經(jīng)過logistic回歸模型分析，最終發(fā)現(xiàn)13種金屬與成人哮喘患病有關(guān)，其中尿鉻、銅、硒、鉬、鎘和鈾等6種金屬水平升高可能是成人哮喘患病的危險(xiǎn)因素，OR值（95%置信區(qū)間）分別為4.76（2.97-7.62）、

17、5.89（3.18-10.90）、10.43（4.74-22.95）、3.48（2.15-5.62）、1.71（1.03-2.85）和7.26（4.55-11.59）。尿錳、鐵、鎳、鋅、銣、鋇和鉛等7種金屬水平升高可能減少成人哮喘患病危險(xiǎn)度，OR值（95%置信區(qū)間）分別為0.25（0.15-0.42）、0.38（0.24-0.59）、0.29（0.21-0.40）、0.40（0.24-0.65）、0.08（0.04-0.16）、0.46

18、（0.29-0.74）和0.44（0.27-0.74）。將急性發(fā)作期哮喘病例和緩解期病例分別和健康對照組比較時(shí)，上述13種金屬在哮喘病例和對照人群中的暴露水平差異不變。
　　結(jié)論：尿中不同金屬的暴露水平與成人哮喘之間的關(guān)聯(lián)不同，其中尿鉻、銅、硒、鉬、鎘、鈾水平升高可能是成人哮喘患病的危險(xiǎn)因素，尿錳、鐵、鎳、鋅、銣、鋇、鉛水平升高可能減少成人哮喘患病。
　　第三部分、尿中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物水平與成人哮喘的關(guān)聯(lián)性研究
　　目

19、的：比較成人哮喘病例和健康對照尿液中多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物-羥基多環(huán)芳烴水平，探討多環(huán)芳烴暴露與成人哮喘患病之間的關(guān)聯(lián)。
　　方法：研究對象包括507名成人哮喘病例和536名健康對照。收集研究對象基本信息并進(jìn)行體格檢查。對于哮喘病例，主要收集其發(fā)病前的信息。采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測尿液樣本中10種羥基多環(huán)芳烴的水平，并用尿肌酐濃度進(jìn)行校正。采用ELISA方法檢測血漿中CA15-3、CCL11、CD14、Adipsin和IL-9的表達(dá)

20、水平。比較哮喘病例組和健康對照組之間人口學(xué)特征和臨床指標(biāo)的差異，連續(xù)型變量采用t檢驗(yàn)，分類變量采用卡方檢驗(yàn)。采用 Wilcoxon符號秩和檢驗(yàn)比較羥基多環(huán)芳烴和五種細(xì)胞因子在兩組人群中的分布差異。用Spearman秩和相關(guān)分析方法分析10種羥基多環(huán)芳烴之間以及羥基多環(huán)芳烴與細(xì)胞因子之間的相關(guān)性。采用非條件 logistic回歸模型分析尿中羥基多環(huán)芳烴與哮喘患病之間的關(guān)系，并用廣義線性模型分析總羥基多環(huán)芳烴和細(xì)胞因子之間的關(guān)系。多重比較采

21、用陽性錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率校正P值。
　　結(jié)果：哮喘病例和對照中男性比例分別為43.79%和43.28%。病例和對照兩組平均年齡分別為42.09±12.89歲和42.76±12.51歲。兩組之間在年齡、性別方面沒有明顯差異。哮喘病例BMI指數(shù)（23.00±3.61 kg/m2）低于對照組（24.01±3.67 kg/m2），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。哮喘病例組中有哮喘家族史者比例（10.45%）高于對照組（2.05%），但吸煙者

22、比例（12.62%）低于對照組（24.07%），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。除 FVC（%預(yù)測值）外，哮喘病例肺功能指標(biāo)均低于對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001）。
　　相關(guān)分析顯示尿中10種羥基多環(huán)芳烴之間呈顯著正相關(guān)(P<0.0001)。哮喘病例尿液中2-羥基芴、4-羥基菲、1-羥基菲、2-羥基菲、1-羥基芘暴露水平高于對照組（P<0.005），2-羥基萘和9-羥基芴暴露水平低于對照組（P<0.05）。其余羥

23、基多環(huán)芳烴及總羥基多環(huán)芳烴在哮喘病例和健康對照間差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。作為連續(xù)型變量或者四分位后納入logistic回歸模型分析顯示，2-羥基芴、4-羥基菲、1-羥基菲、2-羥基菲和1-羥基芘暴露水平升高可能是成人哮喘患病的危險(xiǎn)因素，2-羥基萘和9-羥基芴暴露水平升高可能與成人哮喘患病減少有關(guān)，總羥基多環(huán)芳烴暴露水平升高與成人哮喘患病有關(guān)聯(lián)，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(OR=1.23，95%CI：0.97-1.56)。哮喘病例組中IL

24、-9濃度高于健康對照組，哮喘病例組CCL11、CD14和Adipsin濃度低于健康對照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.0001），CA15-3在兩組人群中的分布差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.0834）。廣義線性模型分析顯示血漿中五種細(xì)胞因子與尿中總羥基多環(huán)芳烴之間的劑量反應(yīng)關(guān)系沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　結(jié)論：PAHs暴露可能與成人哮喘患病有關(guān)。10種代謝產(chǎn)物中2-羥基芴、4-羥基菲、1-羥基菲、2-羥基菲、1-羥基芘暴露水平升高可能是成人

25、哮喘患病的危險(xiǎn)因素，2-羥基萘、9-羥基芴暴露水平升高可能與成人哮喘患病減少有關(guān)。
　　本研究在大樣本的哮喘病例和健康對照人群中發(fā)現(xiàn)，血漿中 CA15-3、CCL11、CD14、Adipsin和IL-9表達(dá)水平和尿液中某些金屬、PAHs暴露可能與成人哮喘患病有關(guān)，為哮喘發(fā)病機(jī)制研究積累數(shù)據(jù)。研究的創(chuàng)新之處包括：（1）通過篩檢和驗(yàn)證研究，發(fā)現(xiàn)血漿中 CA15-3表達(dá)水平升高可能與成人哮喘患病有關(guān)，血漿中 Adipsin表達(dá)水平降低可