《International Journal of Hygiene and Environmental Health》：Differential metabolic profiles by training fire exposure in female firefighters
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代谢组学研究揭示女性消防员参与训练火灾后尿液代谢物显著变化，检测到不同色谱模式下10-23种差异代谢物（DEMs），功能富集分析显示甘油磷脂代谢通路富集（p<0.05），其中烧房/塔训练组代谢改变更显著，提示氧化应激和细胞损伤相关代谢通路激活。
刘拓|詹姆斯·霍利斯特|克里斯塔尔·J·科尔恩|米歇尔·瓦伦蒂|肖恩·C·贝特尔|约翰·J·古洛塔|萨拉·A·詹克|希瑟·伯伦|约翰·哈塞尼|布莱恩·奥尼尔|凯特琳·斯克莱尔|刘毅文|弗兰克·冯·希佩尔|凯瑟琳·E·穆林斯|道格拉斯·I·沃克|杰奎琳·M·古德里奇|杰弗里·L·伯吉斯|梅丽莎·A·弗龙
美国亚利桑那大学梅尔和埃尼德·祖克曼公共卫生学院社区、环境与政策系，图森，亚利桑那州
摘要
背景
女性消防员面临更高的癌症和生殖系统疾病风险，但其背后的代谢机制仍不明确。
目的
本研究旨在识别与女性市政消防员在训练中接触火源相关的尿液代谢物和代谢过程。
方法
对参与“消防员癌症队列研究”的女性消防员在实地灭火训练前后收集的尿液样本进行了高分辨率代谢组学（HRM）分析。通过调整年龄、教育和西班牙裔身份等因素，使用线性混合效应模型识别差异表达代谢物（DEMs），并进行了假发现率校正。利用MetaboAnalyst软件的代谢物集富集分析（MSEA）进行功能富集分析（FEA），以确定富集的代谢过程。分层分析研究了不同类型火灾对训练后代谢谱的影响。
结果
共有一百名女性消防员提供了200份尿液样本（训练前100份，训练后100份）。采用HILIC(+)、HILIC(?)、C18(+)和C18(?)四种模式进行了HRM分析。分别从这四种模式中检测到200、300、280和306种代谢物，以及10、9、23和19种训练后的差异表达代谢物。功能富集分析显示甘油磷脂代谢途径显著富集（p < 0.05）。分层分析表明，与闪燃火灾相比，燃烧室/塔火灾后代谢变化更为显著。
结论
训练中的火源暴露导致女性消防员体内出现广泛的代谢变化，尤其是在与氧化应激和细胞损伤相关的代谢途径中。这些发现提示反复接触火源可能与慢性炎症和疾病风险之间存在生物学关联。燃烧室/塔火灾引起的代谢变化比闪燃火灾更为明显。
引言
消防员会接触到已知或潜在的致癌物质（Daniels等人，2015年），包括多环芳烃（PAHs）（Kenneth等人，2014年）、苯（Kenneth等人，2014年）、甲醛（Keith，2011年）以及全氟和多氟烷基物质（PFAS）（Mitchell等人，2025年）。因此，他们患某些癌症的风险更高，如皮肤黑色素瘤（Lee等人，2020年）、肺癌（Daniels等人，2015年）、白血病（Daniels等人，2015年）、肾癌（Rebecca等人，2015年）和前列腺癌（Lee等人，2020年；Rebecca等人，2015年；Grace等人，2006年）。这些研究结果来自佛罗里达州（Lee等人，2020年；Fangchao等人，2006年）、华盛顿州（Paul等人，1994年）、加利福尼亚州（Rebecca等人，2015年；Michael，2007年）以及美国其他地区（Daniels等人，2015年；Robert等人，2014年；Dongmug等人，2008年）的研究。与普通美国人群相比，消防员的癌症总体死亡率更高（SMR = 1.14；95% CI 1.10–1.18）（Robert等人，2014年；Demers等人，2022年）。此外，国际癌症研究机构（IARC）最近将消防员的职业暴露归类为对人类具有致癌性，特别是对于间皮瘤和膀胱癌（Demers等人，2022年）。尽管关于消防对健康影响的研究越来越多，但针对女性消防员的研究仍然较少。少数美国研究表明，女性消防员的膀胱癌（SMR = 33.51；4.06–121.05，样本量<5）、脑癌（aOR = 2.54；1.19–5.42）和甲状腺癌（aOR = 2.42；1.56–3.74）的风险显著增加（Lee等人，2020年；Fangchao等人，2006年；Robert等人，2014年）。然而，一项关于澳大利亚女性消防员癌症发病率和死亡率的研究显示，她们的癌症发病率与普通人群相当（Deborah等人，2019年）。
目前尚不清楚火灾现场暴露与女性消防员不良健康效应之间的关系。除了癌症风险增加外，火灾现场暴露还可能影响她们的生殖健康。先前的流行病学研究表明，女性消防员的不利生殖结局发生率较高，包括流产（Davidson等人，2022年）、早产（Davidson等人，2022年）以及抗苗勒氏激素（AMH）水平降低（Davidson等人，2022年），后者是与生殖储备直接相关的重要指标。然而，毒性暴露、代谢紊乱与不良健康结局之间的关联尚未明确。我们之前对男性消防员的研究发现了他们在市政建筑火灾（MSF）暴露前后尿液样本中差异表达的代谢物（DEMs）（Furlong等人，2023年）。在实地灭火训练中，消防员还会接触到燃烧产物，通常会参与闪燃火灾和燃烧室/塔火灾。训练活动因部门规定和火灾类型而异。例如，闪燃火灾训练可能要求消防员静止观察火势，而燃烧室或塔火灾训练则常包含搜救等动态任务。此外，不同类型训练火灾中燃烧的材料也有所不同。
鉴于目前关于女性消防员代谢变化的综合性研究不足，本研究旨在分析他们在模拟市政建筑火灾（MSF）暴露前后的尿液代谢谱变化。我们假设能够识别出特定于女性消防员的差异表达代谢物（DEMs），并且这些代谢物在女性消防员与先前关于男性消防员的研究之间存在部分重叠。我们还期望发现不同类型火灾特有的代谢物，并认为这些代谢变化对消防员健康有重要意义。
研究人群
基于现有的“消防员癌症队列研究”（FFCCS）框架（Burgess等人，2024年），本研究招募了来自21个消防部门和8个州的11个消防机构的18岁及以上的女性消防员，纳入了联邦应急管理署（FEMA）资助的“女性消防员亚研究：暴露与毒性评估”（FEMA EMW EMW-2021-FP-00141）项目。
研究人群和样本
在100名女性消防员中，31%为西班牙裔，61%拥有大学学位。大约一半的参与者参与了闪燃火灾训练，另一半参与了燃烧室/塔火灾训练（表1）。在数据齐全的53名参与者中，有11人（21%）报告其一生中至少吸过100支香烟；47人的吸烟史信息缺失。饮酒情况各不相同，39%的人表示过去一周内没有饮酒。
讨论
本研究通过靶向代谢组学方法，更深入地了解了火灾暴露对女性消防员健康的威胁。该方法使我们能够分析100名女性消防员的代谢组，并识别出不同类型的火灾暴露所引起的代谢差异。在检测到的尿液代谢物中，通过HILIC(+)、HILIC(?)、C18(+)和C18(?)模式分别识别出10、9、23和19种差异表达代谢物（DEMs）。这些差异主要体现在甘油磷脂代谢途径的富集上。
结论
暴露于训练火灾中的女性消防员表现出一系列代谢变化，尤其是与氧化应激引起的细胞损伤相关的代谢物和生物过程。这些变化表明长期暴露可能导致慢性炎症，这可能解释了女性消防员某些健康问题的高发率。火灾类型似乎在塑造代谢反应中起着重要作用。
作者贡献声明
刘拓：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、数据分析。詹姆斯·霍利斯特：撰写 – 审稿与编辑、资源协调、项目管理、数据管理。克里斯塔尔·J·科尔恩：撰写 – 审稿与编辑、资源协调、项目管理、数据管理。米歇尔·瓦伦蒂：撰写 – 审稿与编辑、资源协调、项目管理、数据调查。肖恩·C·贝特尔：撰写 – 审稿与编辑、监督工作、资源协调。
资助
本研究由联邦应急管理署（FEMA）通过项目编号EMW-2015-FP-00213和EMW-2021-FP-00141资助。此外，还得到了NIEHS（项目编号P30ES006694）的支持。
致谢
我们感谢所有协助招募和样本收集的消防部门研究人员，同时也感谢所有为这项研究提供时间和样本的参与者。同时，我们也感谢我们的资助机构。
