大气细颗粒物和超细颗粒物暴露引起儿童呼吸道过敏性疾病的分子流行病学研究

The World Health Organization ranked respiratory allergic diseases in children as the top priority in investigations and preventions in the 21st century. A number of studies have documented the development and exacerbation of respiratory allergic diseases was significantly associated with exposure to ambient fine particulate matter (PM2.5). However, the underlying mechanisms remain unclear, and there is a lack of robust molecular epidemiological evidence about the early-life exposure, PM2.5 constituents and ultrafine particulate matter (UFP). This epidemiological was designed to address the molecular mechanisms for the development of respiratory allergic diseases in children induced by short-term and long-term exposure to PM2.5, PM2.5 constituents and UFP. On one hand, using exposure models of high spatial solution, we would evaluate retrospectively the risk and molecular mechanisms for the effects of early-life exposure on respiratory allergic diseases in suffering and healthy children. On the other hand, we would conduct a longitudinal panel study to explore the molecular mechanisms for the effects of short-term personal exposure on respiratory allergic diseases in suffering children. This project is expected to obtain biomarkers in the process through which particulate matter affect respiratory allergic diseases, evidence of modulating roles of DNA methylations and microRNAs, and evidence of PM2.5 constituents of key toxic effects. All these findings would provide scientific evidence for tailoring policies of air pollution and early prognosis and treatment of respiratory allergic diseases in children.

儿童呼吸道过敏性疾病被世界卫生组织列为21世纪需重点研究和防治的重大疾病。大量文献表明其发生发作与细颗粒物（PM2.5）暴露密切相关，但其致病机制尚不清楚，尤其缺乏生命早期PM2.5暴露及其组分和超细颗粒物（UFP）的分子流行病学证据。本项目拟围绕“PM2.5、PM2.5不同组分和UFP诱导儿童呼吸道过敏性疾病发生发展的分子生物机制”这一科学问题，开展急慢性暴露的分子流行病学研究。一方面，基于患儿组和健康儿组，依据高空间分辨率的暴露模型，回顾性分析生命早期暴露诱导该疾病的发生风险及分子生物机制。另一方面，依据个体暴露的精准测量，开展前瞻性定群研究，分析短期暴露诱导该疾病进展的分子生物机制。预期将获得颗粒物影响儿童呼吸系统过敏性疾病的生物标志，评估DNA甲基化、miRNA等表观遗传标记的潜在中介调控作用，识别具有关键毒作用的PM2.5组分，为大气污染的防治和相关疾病的早期诊治提供科学依据。

以哮喘为主的儿童呼吸道过敏性疾病被世界卫生组织列为21世纪需重点研究和防治的重大疾病。大量文献表明其发生发展与细颗粒物（PM2.5）暴露密切相关，但其致病机制尚不清楚。近年来研究提示超细颗粒物（UFP）对健康的危害作用大于PM2.5，但目前很少有研究探讨了UFP对哮喘的影响及其机制。本项目围绕“PM2.5、PM2.5不同组分和UFP诱导儿童呼吸道过敏性疾病发生发展的分子生物机制”这一科学问题，开展多维度流行病学研究。一方面，在上海地区开展基于哮喘患儿的流行病学研究，分析PM2.5、PM2.5组分和UFP暴露对哮喘发病就诊的暴露反应关系。另一方面，在上海地区招募一组哮喘患儿和一组健康儿童，开展多次重复随访的分子流行病学研究，分析PM2.5及其不同组分、UFP暴露引起儿童哮喘进展的分子机制。结果显示：（1）短期暴露于PM2.5与上海地区儿童哮喘急诊增加相关，其中碳组分、水溶性离子中的硫酸盐、硝酸盐、铵盐以及金属元素中的As、Cr、Mn、Ni、Se、Zn，与儿童哮喘发作风险增加显著相关；（2）UFP短期暴露可显著增加上海市儿童哮喘发病风险，UFP与哮喘急诊就诊的暴露反应关系基本呈线性；（3）短期暴露于PM2.5会导致儿童肺功能降低、气道炎症水平及系统氧化应激水平升高。PM2.5组分中的OC和EC可能主导了这一效应， Mn、Cr、Zn与气道炎症相关编码基因甲基化水平呈显著正相关；（4）短期UFP暴露可能会引起儿童呼吸道炎症，降低肺功能，并减少颊微生物的多样性，从而影响呼吸系统健康；（5）基于全基因组DNA甲基化关联性分析显示，PM2.5短期暴露可引起体内众多功能基因的甲基化率出现显著改变，可能与胰岛素抵抗、葡萄糖代谢、脂质代谢、炎症、氧化应激、血小板活化、细胞生存和凋亡密切相关。综上，本项目研究了PM2.5和UFP影响儿童呼吸系统过敏性疾病的生物标志，评估DNA甲基化等表观遗传标记在其中的潜在作用，识别具有关键毒作用的PM2.5组分，为大气污染的防治和相关疾病的早期预防提供科学依据。