武汉-珠海队列人群基线尿多环芳烃羟基代谢物水平与糖尿病的关联研究

摘要

多环芳香烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是煤、石化产品、橡胶、塑料、木材和烟草等有机高分子化合物不完全燃烧时常产生分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，迄今已发现萘、蒽、菲、芘等PAHs高达200余种化合物，人类的生产环境和生活环境中已检出多环芳烃。已知PAHs中的多种化合物具有致癌性、致畸性和致突变性，因此 PAHs污染及其健康危害一直备受关注。职业性 PAHs暴露可源于焦炉炼焦过程中产生的大量焦炉逸散物（coke oven emissions, COEs）等，而非职业性PAHs暴露源于汽车尾气、吸烟、煤的燃烧和家庭烹饪等过程。许多研究已涉及职业PAHs暴露所致的健康危害，但在非职业人群PAHs暴露所致的健康损害的研究报道尚不多见。PAHs经呼吸道、消化道或皮肤等多途径进入人体后，在肝脏细胞色素P450（cytochrome P450）单加氧酶作用下发生代谢，最后生成的2~3环PAHs代谢产物主要随尿排出，而3环以上 PAHs代谢产物主要随粪便排出。人们多采用尿单羟 PAHs代谢物（monohydroxy polycyclic aromatic hydrocarbons, OH-PAHs）用以反映人体PAHs的近期暴露水平，也常常被用作 PAHs的内暴露标志。尿1-羟基芘（1-hydroxypyrene,1-OHPYR）是目前应用最广的人体内PAHs暴露生物标志。但是，由于芘在PAHs中所占比重仅为2％~10%，若单用1-OHPYR来反映机体PAHs的暴露水平有局限性。因此，同时检测多种OH-PAHs代谢物水平则能更加客观地反映机体PAHs实际暴露水平。
　　在PAHs的代谢过程中活性氧簇（reactive oxygen species, ROS）可大量生成。当机体代偿性清除ROS能力不足时，过量的ROS可攻击生物大分子，造成氧化性损伤，进而引起炎症，甚至诱发疾病等。由于8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine,8-OHdG）是ROS介导的氧化性损伤的主要代表形式，故尿8-OHdG水平常作为评价机体氧化性DNA损伤的一个重要标志。流行病学研究表明，长期职业性接触大量富含PAHs的焦炉逸散物的机体可发生氧化应激、炎症反应等多种早期健康损害。但是，在儿童或患病人群中有关PAHs暴露与氧化性DNA损伤的相关性研究结果却不尽一致。本研究以一般城市居民人群为研究对象，探讨了机体暴露于环境背景水平的PAHs与其尿8-OHdG水平的关联性。
　　糖尿病是环境相关性疾病，以高血糖为发病特征，伴随代谢紊乱，最终导致因胰岛素分泌和/或作用缺陷引起的机体内糖类、脂肪和蛋白质的异常代谢。据报道在近年来，我国人民的Ⅱ型糖尿病发病已呈明显的增长趋势。研究表明，糖尿病与多种因素相关，遗传、肥胖、营养过剩、久坐的生活方式、吸烟和长期低浓度环境暴露三氧化二砷等因素均对糖尿病发病产生影响。另外，PAHs暴露可诱导机体的氧化应激和系统炎症，进一步导致胰岛素抵抗，最终致糖尿病。基于此，本研究以中国城市成年居民为研究对象，探讨了环境背景水平的PAHs暴露与糖尿病的相关性，旨在为综合防控糖尿病提供科学依据。
　　第一部分武汉-珠海队列人群基线尿OH-PAHs水平及影响因素
　　目的：研究武汉市和珠海市成年居民尿OH-PAHs水平及其影响因素。
　　方法：本部分研究对象来自武汉-珠海（Wuhan-Zhuhai, WHZH）队列人群（n=4812人）中尿OH-PAHs和尿肌酐数据均齐全的4347人。用气相色谱-质谱联用法测定了研究对象的12种尿OH-PAHs水平，包括尿1-羟基萘、2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲、1-羟基芘、6-羟基屈和3-羟基苯并芘（因80%以上尿样中6-羟基屈和3-羟基苯并芘的浓度低于检出限，故后续研究未纳入此两种尿OH-PAHs）。用全自动生化分析仪检测尿肌酐浓度，并用其校正尿 OH-PAHs的检出浓度。用 One-sample Kolmogorov-Smirnov检验法判别研究变量的正态性。用Mann-Whitney检验法比较武汉和珠海两市研究人群尿 OH-PAHs水平，并与 NHANES队列人群尿OH-PAHs水平比较。分别用Student t test和χ2分析方法比较武汉和珠海两市研究人群中连续性研究变量和分类研究变量的分布差异。当调整性别、年龄、BMI、主、被动吸烟、饮酒状态、锻炼、做饭、厨房通风、饮食习惯等混杂因素后，用多元线性回归方法分析影响尿OH-PAHs水平的危险因素。
　　结果：①在武汉和珠海两市总研究人群中，其各种尿OH-PAHs（肌酐未校正）占总 PAHs羟基代谢物（total monohydroxy polycyclic aromatic hydrocarbons,∑OH-PAHs）浓度（肌酐未校正）的构成比分别是：33.31%为羟基萘、25.44%为羟基芴、31.80%为羟基菲和9.45%为羟基芘；在检出的10种尿OH-PAHs中，尿2-羟基萘（25.51%）和9-羟基芴（21.00%）所占的比例相对较高，并且武汉市民的尿2-羟基萘（12.15μg/l）和9-羟基芴（10.56μg/l）的中位浓度（肌酐未校正）高于珠海市民的尿2-羟基萘（10.46μg/l）和9-羟基芴（8.27μg/l）的中位浓度（肌酐未校正）。此外，除尿1-羟基菲和1-羟基芘外，武汉市民的其他尿 OH-PAHs检出水平（肌酐未校正）均高于珠海市民（P＜0.01）；②在武汉和珠海两市总研究人群中，其各种尿OH-PAHs占∑OH-PAHs浓度（肌酐校正）的构成比分别是：29.15%为羟基萘、25.23%为羟基芴、36.26%为羟基菲和9.36%为羟基芘；在检出的10种尿OH-PAHs中，尿2-羟基萘（22.25%）和9-羟基芴（20.96%）所占的比例相对较高，并且武汉市民的尿2-羟基萘（1.14μg/mmol Cr）和9-羟基芴（0.93μg/mmol Cr）的中位浓度（肌酐校正）均高于珠海市民的尿2-羟基萘（0.85μg/mmol Cr）和9-羟基芴（0.65μg/mmol Cr）的中位浓度（肌酐校正）。此外，除尿1-羟基芘外，两市市民的其他尿OH-PAHs水平（肌酐校正）均存在差异性（P＜0.01或P＜0.05）；除尿1-羟基菲外，武汉市民的其他尿OH-PAHs（肌酐校正）均高于珠海市民；③与美国NHANES队列人群的尿OH-PAHs检出水平比较可知，武汉市民的尿1-羟基萘、2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲和1-羟基芘的几何均浓度（肌酐未校正）分别是NHANES队列人群对应指标的3.12、5.48、10.09、51.96、18.47、34.39、35.45、83.49、219.44和174.04倍；珠海市成年居民的这10种尿羟基代谢物几何均浓度（肌酐未校正）分别是NHANES队列人群对应指标的2.31、4.62、8.91、35.91、30.27、23.86、15.00、63.49、150.56和198.51倍；武汉市成年居民的尿1-羟基萘、2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲和1-羟基芘几何均浓度（肌酐校正）分别是NHANES队列人群的2.56、4.46、8.27、41.80、15.16、27.84、30.37、66.85、179.44和139.50倍；珠海市成年居民的上述10种尿羟基代谢物几何均浓度（肌酐校正）分别是NHANES队列人群的1.75、3.49、6.85、26.93、23.37、18.01、11.61、47.44、171.63和147.36倍；④多元线性回归分析结果显示，在武汉研究人群中，性别、年龄、BMI、主、被动吸烟、每月摄入粗粮频次和高密度脂蛋白（high density lipoprotein, HDL）是其尿羟基萘水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、年龄、身体指数（body mass index, BMI）、厨房通风、摄入粗粮频次、HDL、红细胞数（red blood cell, RBC）和心率是尿羟基芴水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、年龄、BMI、每月摄入粗粮频次、摄入水产品频次、高血脂、糖尿病、HDL、RBC和心率是尿羟基菲水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、年龄、主动吸烟、血小板（platelet, PLT）和心率是尿1-羟基芘水平的影响因素（P＜0.01或 P＜0.05）；性别、年龄、BMI、主动吸烟、厨房通风、每月摄入粗粮频次、HDL、RBC和心率是尿∑OH-PAHs水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）。在珠海市研究人群中，性别、BMI、HDL和 RBC是尿羟基萘水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、BMI、每月摄入粗粮频次、每月摄入腌熏食品频次、低密度脂蛋白（low density lipoprotein, LDL）和心率是尿羟基芴水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、被动吸烟、厨房通风、每月摄入粗粮、水产品和腌熏食品频次、RBC和心率是尿羟基菲水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、饮酒状况、LDL和心率是尿1-羟基芘水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）；性别、BMI、被动吸烟、每月摄入粗粮和腌熏食品频次、HDL、RBC和心率是尿∑OH-PAHs水平的影响因素（P＜0.01或P＜0.05）。
　　结论：武汉和珠海两市总研究人群的10种尿 OH-PAHs检出水平均高于NHANES队列成年人群的尿OH-PAHs水平，尤其尿羟基菲和羟基芘的检出水平更高；武汉和珠海两市研究人群的9种尿OH-PAHs检出水平有显著性差异，并且影响两市研究人群的尿OH-PAHs因素也不尽相同。
　　第二部分城市居民尿OH-PAHs和尿8-OHdG的关联性研究
　　目的：研究武汉市民的尿OH-PAHs水平和尿8-OHdG水平的关联性。
　　方法：在武汉－珠海队列的武汉市民中（n=3053人），共有2548人有完整的尿OH-PAHs、尿8-OHdG和尿肌酐检测数据，排除影响尿OH-PAHs和尿8-OHdG水平的因素（包括糖尿病、肿瘤、中风、心梗、慢阻肺、肺气肿、肝炎或肾炎患者674人）后，最终1874人纳入本部分研究。用高效液相色谱—电化学检测法分析研究人群的尿8-OHdG水平。统计学方法参照本文第一部分。
　　结果：①武汉市研究对象中，女性尿2-羟基萘、9-羟基芴、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲、1-羟基芘、∑OH-PAHs和尿8-OHdG水平均高于男性（P＜0.01）；②多元 logistic回归分析结果显示，10种尿 OH-PAHs和∑OH-PAHs水平均与尿8-OHdG水平呈剂量－反应关系（Ptrend＜0.01）；③男性、吸烟者和不做饭者的尿羟基芴和、羟基菲和、1-羟基芘和∑OH-PAHs与其尿8-OHdG水平呈正相关关系（Ptrend＜0.01）；女性、BMI<24人群、不吸烟者和做饭者的尿羟基萘和、尿羟基芴和、羟基菲和以及∑OH-PAHs均尿8-OHdG水平呈正相关关系（Ptrend＜0.01或 Ptrend＜0.05）；BMI≥24者的10种尿 OH-PAHs及∑OH-PAHs与其尿8-OHdG水平均呈正相关关系（Ptrend＜0.01或Ptrend＜0.05）。
　　结论：武汉市民的10种尿OH-PAHs水平与其尿8-OHdG水平呈剂量－反应关系。
　　第三部分尿OH-PAHs、尿8-OHdG与糖尿病的关联研究
　　目的：研究武汉市民的尿OH-PAHs、尿8-OHdG与糖尿病的关联性，为综合防控糖尿病提供科学依据。
　　方法：在武汉－珠海队列的武汉市民中（n=3053人），共有2548人有完整的尿OH-PAHs、尿8-OHdG和尿肌酐数据，排除可能影响尿OH-PAHs、尿8-OHdG和糖尿病发病的因素（肿瘤、中风、心梗、慢阻肺、肺气肿、肝炎或肾炎患者273人），最终2275人纳入本部分研究。统计学方法参照本文第一部分。
　　结果：①在武汉市研究人群中，10种尿OH-PAHs与∑OH-PAHs之间均呈正相关关系（P＜0.01）；10种尿OH-PAHs水平、∑OH-PAHs水平与尿8-OHdG水平均呈正相关关系（P＜0.01）；尿1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲和1-羟基芘水平均与血糖水平呈正相关关系（P＜0.01或P＜0.05），血糖与其尿8-OHdG呈负相关关系（P＜0.01）；②进一步将武汉市研究人群分为糖尿病组和非糖尿病两组，结果显示，糖尿病人的尿2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲和∑OH-PAHs水平均高于非糖尿病人（P＜0.01或P＜0.05）；③调整了性别、年龄、BMI、被动吸烟、饮酒状况、锻炼、自己做饭、饮食习惯、高血压和高血脂等混杂因素后，非糖尿病人的血糖随着其尿1-羟基芘水平的升高而增高（Ptrend＜0.01）；在糖尿病人中，其血糖有随着2-羟基菲水平升高还增高的趋势（Ptrend＜0.05）；④调整了性别、年龄、BMI、主、被动吸烟、饮酒状况、锻炼、自己做饭、饮食习惯、高血压和高血脂等混杂因素后，多元线性回归分析结果显示，糖尿病人和非糖尿病人的尿中各OH-PAHs和∑OH-PAHs水平影响其尿8-OHdG水平的变量，糖尿病人的尿8-OHdG水平随着尿1-羟基萘、2-羟基萘、2-羟基芴、9-羟基芴、1-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、9-羟基菲、1-羟基芘和∑OH-PAHs水平的升高而增高，其中以尿羟基菲和尿∑OH-PAHs对尿8-OHdG水平的该变量影响最明显；⑤调整了性别、年龄、BMI、主、被动吸烟、饮酒状况、锻炼、自己做饭、饮食习惯、高血压和高血脂等混杂因素后，Logistic回归分析结果显示，尿2-羟基萘（OR：1.71,95%CI：1.01-2.89）、1-羟基菲（OR：2.06,95%CI：1.15-3.71）和4羟基菲（OR：2.03,95%CI：1.19-3.47）是糖尿病的危险因素；进一步调整上述混杂因素及尿8-OHdG后的分析结果显示，尿1-羟基菲（OR：2.03,95%CI；1.12-3.68）和4羟基菲（OR：2.00,95%CI：1.16-3.45）与糖尿病有明显的相关性。
　　结论：在武汉研究人群中，尿1-羟基菲和4-羟基菲水平与糖尿病有关。

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中文摘要

英文摘要

前言

第一部分 武汉-珠海队列人群基线尿OH-PAHs水平及其影响因素

一、研究对象与方法

二、结果

三、讨论

第二部分 城市居民尿OH-PAHs与尿8-OHdG的关联研究

一、研究对象与方法

二、结果

三、讨论

第三部分 尿OH-PAHs、尿8-OHdG与糖尿病的关联研究

一、研究对象与方法

二、结果

三、讨论

结论

本研究创新之处：

本研究的不足之处：

参考文献

综述: 多环芳香烃致人体健康损害的研究进展

附录

致谢