短期暴露于环境颗粒物与空腹血糖之间的关系，以及血清代谢物的中介作用

《Environmental Pollution》：Association of short-term exposure to ambient particulate matter with fasting blood glucose and the mediating roles of serum metabolites

短时PM2.5和PM10暴露通过影响葡萄糖代谢关键代谢物（如mannose和1,5-anhydroglucitol）与空腹血糖升高相关，PM2.5存在55μg/m3剂量阈值效应，且存在非线性剂量-反应关系。

　　

胡玉香|黄雅灿|刘玲|蔡浩|李英梅|杨月茹|高明静|钟嘉欣|王玉双|王思涵|邱高坤

中国华中科技大学同济医学院公共卫生学院，环境健康国家重点实验室（孵化基地），武汉430030

摘要

已有大量研究表明，短期颗粒物（PM）暴露与急性空腹血糖（FBG）升高有关，但暴露阈值及背后的代谢途径尚未完全明确。我们进行了一项回顾性研究，纳入了35,268名中国成年人的49,576条观测数据，通过卫星模型评估了每位参与者居住地的短期（≤7天）环境颗粒物暴露情况。研究发现，在7天时间窗口内，每日PM₁₀和PM_2.5暴露均与FBG升高呈正相关，每周平均暴露量每增加一个四分位数（IQR），FBG分别升高1.18%和1.69%（P<0.001）。立方限制样条分析显示PM_2.5暴露与FBG升高呈J形关系（P³时FBG升高显著；而PM₁₀暴露则呈线性关系（P>0.05）。通过非靶向代谢组学分析（n=1993），我们发现甘露糖（干扰葡萄糖利用）和1,5-脱水葡萄糖醇（竞争性抑制葡萄糖重吸收）是介导短期PM₁₀和PM_2.5暴露导致高血糖的关键代谢物（甘露糖的介导比例分别为35.49%和36.86%；1,5-脱水葡萄糖醇的效应与总体效应相反，因此未报告其介导比例）。本研究通过确定暴露阈值，为短期PM暴露与FBG水平之间的关联提供了新的证据，并揭示了潜在的代谢机制。

引言

2型糖尿病（T2D）是一种以胰岛素抵抗和胰岛素分泌障碍为主要特征的代谢性疾病，会导致慢性高血糖（Accili等，2025）。空腹血糖（FBG）是评估胰岛素分泌和胰岛素敏感性的关键生化指标，对于T2D的早期诊断和葡萄糖代谢紊乱的评估具有重要意义（DeFronzo等，2015；Sacks等，2023）。空腹血糖受损（IFG）已被证实是糖尿病和心血管疾病发展的独立风险因素（Peng等，2016）。根据2021年全球疾病负担（GBD）糖尿病合作组的报告，2021年全球约有5.08亿人患有T2D，导致170万人死亡和7650万伤残调整生命年（DALYs）（GBD，2021糖尿病合作组，2023）。越来越多的证据表明，环境风险因素与T2D负担的增加密切相关，其中约五分之一的全球T2D负担可归因于环境颗粒物（PM）暴露（GBD，2019糖尿病与空气污染合作组，2022；吴等，2024）。

全球加速的工业化和城市化进程使PM污染成为严重的公共卫生问题。最新研究表明，长期PM暴露通过破坏葡萄糖稳态和改变多种代谢途径，加剧了T2D的负担（Parasin等，2025；Yao等，2022）。大量证据证实PM暴露与T2D风险增加有关（Parasin等，2025）。除了已知的慢性影响外，越来越多的横断面研究、队列研究和实验调查探讨了短期PM暴露与FBG之间的关联，并提出了潜在的生物学机制（Li等，2017；Zhan等，2021；Zhao等，2022）。然而，现有证据存在异质性，不同人群和暴露范围内的研究结果不一致。一项在中国进行的长效研究显示，短期PM暴露与FBG水平呈正相关，其中滞后3天的效应最为显著（Chen等，2016）。相比之下，美国的一项研究在较低暴露浓度下未发现短期PM暴露与FBG水平有显著关联（Holliday等，2019），这表明PM诱导的FBG升高可能存在一个暴露阈值。尽管提出了相关机制假设，但将短期PM暴露与FBG升高联系起来的代谢途径和中间代谢物尚未明确，因此需要基于代谢组学的进一步研究。

代谢组学是一种高通量技术，可用于量化生物样本中的小分子代谢物，能够反映机体对内源性和外源性刺激的代谢反应，是评估环境暴露对全身代谢影响的强大工具（Liang等，2023）。利用代谢组学技术，一项重复测量设计的研究将PM暴露与支链氨基酸（BCAAs）的变化联系起来，有充分证据表明BCAAs会促进胰岛素抵抗（Shi等，2021），这表明代谢变化可能是PM暴露健康影响的机制之一。另一方面，大量证据也表明代谢变化在T2D的发展中起重要作用，一项整合了19项前瞻性研究结果的荟萃分析显示，多种氨基酸和脂质与T2D风险独立相关（Guasch-Ferré等，2016）。然而，代谢物在PM暴露与血糖升高之间的关联机制仍不明确。仅有一项使用核磁共振（NMR）平台的研究报告称，大HDL颗粒和ApoA1介导了PM暴露与T2D发病之间的关联（Xu等，2023）。但NMR平台主要检测大分子脂蛋白，对来自不同代谢途径的小分子代谢物的检测范围有限（Ghorasaini等，2022）。因此，需要更多涵盖更广泛代谢物的研究来探讨PM暴露对血糖升高的影响。

在本研究中，我们利用了东风-同济队列的数据，包括2008–2010年和2013年的35,268名参与者的49,576条观测数据，探讨了短期PM₁₀和PM_2.5暴露与FBG水平之间的关联，并通过构建剂量-反应曲线来分析是否存在暴露阈值。我们进一步在1,993名个体的子样本中进行了非靶向代谢组学分析，以寻找这些关联背后的机制线索。

研究人群

本研究使用了东风-同济（DFTJ）队列的数据，详细特征已在先前研究中描述（Wang等，2013）。简而言之，2008年至2009年进行了基线调查，招募了中国十堰市东风汽车公司（DMC）的27,009名退休员工。2013年的第二次调查在基线招募的参与者基础上新增了14,120名参与者。调查内容包括面对面访谈、体检和血液样本采集

基本特征

研究人群及进行非靶向代谢组学分析的子样本的基本特征见表1。2008-2010年的调查显示，参与者平均年龄为63.68岁，平均FBG为6.03 mmol/L，BMI为24.53 kg/m²，45.23%为男性，89.29%定期锻炼，18.01%目前吸烟，21.01%有饮酒习惯。此外，19.43%的参与者患有T2D，10.06%使用降糖药物

讨论

在这项针对中国中老年成年人的大规模研究中，我们再次证实了短期PM₁₀和PM_2.5暴露与FBG水平之间的正相关关系。通过构建剂量-反应曲线，我们发现PM_2.5暴露与FBG的关联呈J形，暴露阈值为55 μg/m³；而PM₁₀暴露则呈线性关系。利用非靶向代谢组学分析，我们还观察到PM暴露与不饱和脂肪酸的抑制作用有关

结论

在这项针对中国中老年成年人的大规模研究中，我们再次证实了短期PM₁₀和PM_2.5暴露与FBG之间的正相关关系，并揭示了PM_2.5暴露的J形剂量-反应模式（在约55 μg/m³时FBG显著升高），以及PM₁₀暴露的线性关系。我们进一步确定了关键代谢物，主要是干扰葡萄糖利用的甘露糖和竞争性抑制葡萄糖重吸收的1,5-脱水葡萄糖醇

作者贡献声明

王玉双：撰写、审稿与编辑。王思涵：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、方法学设计、资金获取、概念构思。邱高坤：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、方法学设计、研究实施、资金获取、数据管理、概念构思。胡玉香：撰写初稿、数据可视化、方法学设计、数据分析、概念构思。黄雅灿：撰写、审稿与编辑、数据可视化

未引用参考文献

GBD 2019糖尿病与空气污染合作组，2022；GBD 2021糖尿病合作组，2023。

资助

本研究得到了非传染性疾病-国家科技重大专项（2023ZD0503903）、国家自然科学基金（82192902和82073657）以及湖北省自然科学基金（2025AFB562）的资助。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

我们衷心感谢所有参与本研究的研究人员和团队成员。