研究成果丨张军锋教授团队实验发现空气PM 2.5浓度与哮喘病之间的联系
张军锋（Jim Zhang）博士是环境健康领域的知名专家。他是杜克大学与昆山杜克大学全球与环境健康学教授，并担任杜克大学生物化学暴露实验室主任。作为昆山杜克环境研究中心教师团队的一员，张教授的研究方向专注于环境化学、环境毒理学和环境流行病学等多个领域。2012年，张教授获得了国际暴露科学学会（ISEE）最高奖：杰里米·维索洛夫斯基奖。
目前，张军锋教授的科研团队从事着生物化学暴露实验方面的研究。据研究团队成员韩海龙老师介绍，生物化学暴露实验室成立于杜克大学，并于2019年在昆山杜克大学创新楼建立所属实验基地。目前，在环境研究实验室里存放着-80摄氏度超低温冰箱、超声清洗机、氮吹仪、高效液相与质谱联用仪等多种样本储存、处理和分析设备。在张军锋教授的带领下，昆山杜克大学研究团队开展了一系列环境暴露对人类健康影响的生物学机制研究，以及特定生物标志物（biomarker）的开发。近年来，人们已逐渐认识到室外空气污染，却往往忽视吸烟、烹饪或取暖等造成的室内环境污染。暴露于PM2.5（直径小于或等于2.5微米的细颗粒物）与臭氧等空气污染物是导致哮喘病恶化的风险因素之一，其中PM2.5可以深入肺部并沉积在小气道(small airway)中，而受损的小气道会造成气流阻塞及气道炎症。
为探究以PM2.5（和臭氧）为主的空气污染物对哮喘患者病情的影响，张军锋教授研究团队招募了43名5-13岁的轻中度哮喘患儿并展开空气污染暴露程度与哮喘病症状改变系列研究，部分论文已于JAMA Pediatrics、Environmental Science & Technology、Environment International 等权威学术期刊上发表。
研究一：哮喘患儿卧室内空气净化与气道生理变化的关系
此研究为已知的首个关于使用空气净化器减少PM2.5暴露量与哮喘患儿小气道改善相关的随机双盲交叉研究（randomized, double-blind, crossover study），共包含两个干预期（各为期两周）。如下表所示，43位受试哮喘患儿被随机分为两组，两组患儿在两个干预期内交替使用“真假”空气净化器（假空气净化器的活性碳及高效微粒空气过滤器被去除），真假两次干预之间相隔两周。由于真假净化器的外观相同且运行时的声音差异不会被人耳所辨别，受试者及其父母，包括评估健康结果的研究人员对此并不知情。
在干预期间，研究人员持续测量了受试者卧室内以及窗外或房屋附近的PM2.5和臭氧含量。患儿在父母的帮助下，在家中对呼气流量峰值（PEF）进行每日两次的自测并记录数据。此外，在每个干预期开始前及结束后的24小时内，两组患儿将接受三项指标的检测：呼出气一氧化氮 (FeNO)、气道力学（airway mechanics）以及肺功能（lung function）。项目组何林宸研究员介绍，气道力学在儿童哮喘研究中的重要性已得到广泛认同，因为与肺功能（如肺活量）相比，气道力学（如呼吸道对气流的阻力）在监测气道阻塞和气流限制方面更为敏感。
研究结果显示，患儿卧室内PM2.5浓度的下降与小气道力学（small airway mechanics)的改善、呼气流量峰值（PEF）的增大以及肺部炎症的减少均显著相关。因此，使用能够有效降低PM2.5浓度的室内空气过滤装置可作为哮喘的重要预防措施。研究二：鼻腔分泌液中的丙二醛（MDA）：监测哮喘症状与空气污染暴露关系的生物标志物
据何林宸研究员介绍，哮喘的病理生理途径之一是：人体的氧化应激反应会因暴露于PM2.5和臭氧而增强。而活性氧（ROS）诱导脂质过氧化的稳定产物丙二醛（MDA），已被广泛用作氧化应激的生物标志物。
在上述干预实验中，除呼出气一氧化氮 (FeNO)等气道指标以外，为探究空气污染暴露与鼻腔分泌液中MDA的潜在关联，研究团队也四次采集了43位哮喘患儿的鼻腔分泌液及尿液样本，对其中的MDA以及8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-OHdG）含量进行检测（8-OHdG作为一个稳定的DNA氧化产物，能够表征DNA的氧化损伤）。他们采集鼻腔分泌液是因为这些哮喘患儿的家长不同意采血，而这也成为了此项研究的一个特别之处。此外，他们还通过“儿童哮喘控制测试（C-ACT)”对受试者的哮喘症状进行了评估，这也是首个调查空气污染物暴露对C-ACT得分影响的研究。
*C-ACT: C-ACT由葛兰素史克公司（GlaxoSmithKline）开发，C-ACT问卷包含4道需由哮喘患儿回答的问题（哮喘控制、身体活动限制、咳嗽、夜间醒来）以及3道由护理人员作答的问题（日间哮喘症状、日间气喘、夜间醒来）。得分越高，说明哮喘控制得越好。
何林宸研究员及其同事利用线性混合效应回归（linear mixed-effect regression）模型计算了受试者个人污染物暴露量与各生物标志物、C-ACT得分的关系以及C-ACT得分与各生物标志物浓度的关系。他们发现，PM2.5和O3暴露量的增加与鼻腔分泌液中MDA浓度显著上升相关，而后者又与C-ACT总得分显著降低相关（表明哮喘症状加重）。由此说明，空气污染暴露可能导致鼻腔氧化应激反应的改变，而这些改变与产生哮喘症状有关。
这项研究结果表明，鼻腔分泌液中的丙二醛（MDA）可作为一个有效监控哮喘症状的生物标志物，尤其在需要评估因空气污染暴露而引起的哮喘症状恶化时起到作用。
* “空气污染暴露程度与哮喘病症状改变” 项目及其相关研究仍在进行过程中。参考文献：
Cui, Xiaoxing, et al. “Association Between Bedroom Particulate Matter Filtration and Changes in Airway Pathophysiology in Children With Asthma.” JAMA Pediatrics, vol. 174, no. 6, April 2020, p. 533. DOI.org (Crossref), doi:10.1001/jamapediatrics.2020.0140.
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