研究报告：长期暴露于PM2.5成分、遗传易感性与心力衰竭发病风险的关联
这项研究题为“Long-term exposure to fine particulate matter constituents, genetic susceptibility, and incident heart failure among 411,807 adults”，由Feipeng Cui、Lei Zheng、Jing Zhang、Linxi Tang、Yudiyang Ma等研究人员完成，第一责任单位是华中科技大学同济医学院公共卫生学院以及其环境与健康国家重点实验室。研究论文发表在European Journal of Heart Failure 期刊，并于2024年正式接收和发表。
心力衰竭（Heart Failure, HF）是一种由心脏结构或功能异常引起的临床综合征，表现为钠尿肽水平升高和肺或全身的充血。尽管过去二十年中英国的心力衰竭发病率略有下降，但由于全球人口老龄化和医疗条件的进步，心力衰竭的总体患病率呈上升趋势，且5年生存率仍然较低，仅48.2%。因此，心力衰竭已成为全球公共卫生领域的主要关注点。
全球范围内，空气污染被认为是一个主要的公共卫生威胁。研究显示，长期暴露于PM2.5（2.5 μm及以下颗粒物）与心血管疾病，包括心力衰竭的发病风险显著相关。尽管当前关于PM2.5质量和心血管健康的研究较多，但鲜有针对PM2.5具体化学成分（如碳素、硫酸盐、硝酸盐、铵离子）的独立作用的分析。此外，遗传因素（如多基因风险评分，Polygenic Risk Score, PRS）被认为在心力衰竭发病中起重要作用，但遗传易感性是否会修饰PM2.5成分暴露与心力衰竭之间的关系尚未明确。
本研究旨在探讨长期暴露于PM2.5及其五种主要化学成分（EC：Elemental Carbon，元素碳；OM：Organic Matter，有机物质；NH4⁺：铵离子；NO3⁻：硝酸盐；SO4²⁻：硫酸盐）与心力衰竭发病风险的关联，并进一步评估遗传易感性对这种关联的修饰作用。
该研究使用了UK Biobank数据，共纳入411,807名37-73岁的成年人。这些参与者于2006年至2010年间被招募，研究排除了基线时心力衰竭、房颤、心血管疾病或癌症的患者以及污染暴露数据缺失的个体。最终，有311,504名欧洲裔参与者被进一步用于分析遗传与环境交互作用。
PM2.5及其五种成分的暴露浓度通过European Monitoring and Evaluation Programme (EMEP) 模型估算，并结合研究参与者在随访期间的动态住宅地址数据，计算其时间加权平均暴露值。暴露浓度的测算基于每日浓度，并利用3×3公里的网格化分辨率生成。
研究使用初次发生的数据（包括个体自报信息、医院录入病例及死亡登记）进行心力衰竭的识别。随访时间计算从患者招募起至心力衰竭诊断、失联或2021年3月16日结束，以较早者为准。
使用来自最大规模的心力衰竭全基因组关联分析（GWAS）的数据，建立了基于35个独立单核苷酸多态性（SNP）的多基因风险评分（PRS）。PRS根据分位数被分为低、中、高三组，用于分析不同遗传风险下的暴露反应关系。
主要使用Cox回归模型评估PM2.5及其成分与心力衰竭事件之间的联系，并通过限制性立方样条曲线探讨非线性暴露反应关系。同时，采用量化分位数G计算模型（Quantile-based G-computation Model, QGC）分析不同成分对心力衰竭风险的相对贡献。此外，还评估了暴露和遗传易感性的加性与乘性交互作用。
研究期间PM2.5平均浓度为8.91 μg/m³，其五种成分平均浓度分别为：EC（0.67 μg/m³）、OM（1.73 μg/m³）、NH4⁺（1.19 μg/m³）、NO3⁻（2.08 μg/m³）和SO4²⁻（1.56 μg/m³）。PM2.5各成分之间的相关系数从0.23至0.98不等，EC与OM之间的相关性最高。
在平均12.05年的随访中，7554名参与者发生心力衰竭，发生率为每10万人年154.92例。与未患病人群相比，心力衰竭患者平均年龄更大（61.38岁），且更倾向于男性、超重或肥胖、吸烟、有高血压、糖尿病、高胆固醇等既往病史。
调整混杂因素后，PM2.5及其成分的每个四分位数浓度增加与心力衰竭发病风险均显著关联。具体如下： - PM2.5：HR=1.50（95% CI: 1.46-1.54） - EC：HR=1.31（95% CI: 1.27-1.34） - OM：HR=1.12（95% CI: 1.09-1.15） - NH4⁺：HR=1.42（95% CI: 1.41-1.44） - NO3⁻：HR=1.26（95% CI: 1.23-1.29） - SO4²⁻：HR=1.25（95% CI: 1.24-1.26）
在混合效应贡献分析中，EC为主要驱动因素，占比43%，其次为NH4⁺（33%）和SO4²⁻（24%）。
PRS得分每增加一单位，心力衰竭发病风险增加至2.23倍（HR=2.23, 95% CI: 1.90-2.61）。特别地，当PM2.5、NH4⁺、SO4²⁻和NO3⁻暴露与高PRS共同存在时，心力衰竭发病风险的加性交互作用显著，分别导致9%-16%的心衰事件。
该研究首次全面揭示了PM2.5及其成分（尤其是EC、NH4⁺和SO4²⁻）对心力衰竭发病风险的长期影响，并量化了遗传易感性在相关机制中的修饰作用。研究强调，减少PM2.5污染中的主要成分（如元素碳），对于缓解心力衰竭负担具有重要公共卫生意义。同时，为高遗传风险人群采取个性化预防措施提供了科学依据。