PM2.5对儿童鼻咽微生态的影响

Human microbiota is an important component for sustaining normal work of some organs (e.g. nasopharynx) in the body. The composition and function of microbial community are prone to be affected by atmosphere PM2.5. Recent studies demonstrated the change of nasopharyngeal microbiota may induce the respiratory tract infection. Children are more sensitive to PM2.5 exposure than adults, and the microecological structure in early life is closely related to lifelong health. Hence studying the correlation between the change of human nasopharyngeal microbiota and different levels of PM2.5 exposure of children is a basic scientific question on the understanding of "health hazards of PM2.5". This study will first perform epidemiology investigation of population and exposure study of individual: the PM2.5 exposure concentration of children will be monitored. In the meantime, collect the nasopharyngeal swab. Then we will integrate the microbial ecology technique to analyze the composition and function of microbial community in the nasopharyngeal secretion and then find out the key factors for affecting the variation of microbial community. Based on this, we will construct a model to explore the effects of PM2.5 exposure on childern nasopharynx. The study will focus on two key scientific question, i.e. "discerning the composition and function of core microbial community in human nasopharynx" and "elucidating the variation of core microbial community in nasopharynx only induced by PM2.5 exposure. Our study will expand our fundamental understanding of "PM2.5 related human health hazards".

人体微生态系统是维持鼻咽等器官机能正常运转的重要部分。鼻咽中微生物群落较易受细颗粒物PM2.5的影响发生结构与功能上的变化。近期研究结果表明鼻咽微生物群落的改变可能导致呼吸系统疾病。儿童对PM2.5暴露较成人敏感，并且生命早期的的微生态结构与终生的健康密切相关。因此探讨PM2.5暴露对儿童鼻咽微生物群落变化的影响是明晰PM2 .5健康影响的基础科学问题。研究拟首先开展人群流行病学调查及个体暴露研究，监测儿童的PM2.5个体暴露浓度，同时采集研究对象的鼻咽拭子。然后结合分子生态技术对鼻咽拭的微生物群 落结构与功能进行分析，通过统计分析确定影响微生物群落变化的关键因子。在此基础上建立 模型探讨PM2.5暴露对人体鼻咽微生物群落的影响。研究将围绕"鼻咽微生态系统核心群落的结构与功能识别"及"PM2.5暴露引起的鼻咽核心微生物群功能落变化"两个关键科学问题展开，拓展PM2.5健康影响的基础认知。

项目背景：PM2.5带来沉重的疾病负担，但其致病机制仍在探索。PM2.5可能通过负载微生物或刺激等改变人体鼻咽微生物群落，带来鼻咽微生态结构与功能上的变化，进而导致疾病发生。儿童对PM2.5暴露较成人敏感，且生命早期的微生态结构与终生的健康密切相关。因此探讨PM2.5暴露对儿童鼻咽微生物群落变化的影响是明晰PM2 .5健康影响的基础科学问题。主要研究内容：在济南市城区和郊区各选择1所学校，分别抽取30名4年级小学生，开展儿童PM2.5个体暴露水平监测。采集PM2.5微生物样本和鼻腔微生物样本并进行宏基因组检测，进而分析PM2.5和鼻腔微生物结构和功能的关联。首先通过两组比较分析，识别两所学校儿童鼻腔微生态独有和共有的物种与功能；然后将Wilcoxon秩和检验筛选出的差异物种和功能进行统计分析：使用GLM模型拟合PM2.5个体暴露水平与差异物种和功能丰度的关系，筛选与PM2.5个体暴露水平相关的物种和功能。最后分析PM2.5负载的微生物和儿童鼻腔微生物物种和功能的赋存关系。关键数据：项目共计筛选得到44名小学生的个体暴露浓度。两所学校纳入统计分析的调查对象数量分别为23人和21人。两所学校儿童PM2.5个体浓度暴露水平有所差异，分别为81.4μg/m3（城区），和61.1μg/m3（郊区）。但是郊区学校儿童鼻腔细菌的物种和功能基因丰度均高于城区。两所学校儿童鼻腔微生物共有物种占比前三的为Moraxella、Corynebacterium、Dolosigranulum；共有功能通路中占比前三的为：Metabolic pathways、Biosynthesis of secondary metabolites、Microbial metabolism in diverse environments；共有抗性基因中占比前三的为：macB、msbA、bcrA；共有毒力因子中占比前三的为：Iron uptake system、Adherence、Secretion system。PM2.5与鼻腔中细菌物种和功能重合比例较高。与PM2.5浓度变化显著相关的物种为：Clostridium和Anaplasma，无显著相关的功能。科学意义：项目拓展了对PM2.5与儿童鼻咽微生态结构和功能的关联，进而为相关健康影响的探索补充了研究证据。