室内空气中的细菌群落与成人肺部健康：一项横断面研究

《International Journal of Hygiene and Environmental Health》：Indoor airborne bacterial communities and adult lung health: A cross-sectional study

本研究通过分析北欧五个城市1038名成人的卧室尘埃样本，利用16S rRNA测序和定量PCR探讨室内细菌多样性及内毒素水平与肺功能及FeNO的性别特异性关联，发现男性细菌多样性提升肺功能，女性则与FeNO升高相关，为性别导向的呼吸道研究提供依据。

　　

赫沙姆·阿明（Hesham Amin）|克里斯汀·克拉默（Christine Cramer）|凯·芬斯特（Kai Finster）|弗朗西斯科·戈麦斯·雷亚尔（Francisco Gomez Real）|托拉林·吉斯拉松（Thorarinn Gislason）|马蒂亚斯·霍尔姆（Mathias Holm）|克里斯特·詹森（Christer Janson）|尼尔斯·奥斯卡·约吉（Nils Oskar J?gi）|雷恩·约吉（Rain Jogi）|安德烈·马利诺夫斯基（Andrei Malinovschi）|拉尔斯·莫迪格（Lars Modig）|丹·诺贝克（Dan Norb?ck）|拉杰什·希格德尔（Rajesh Shigdel）|托本·西格斯加德（Torben Sigsgaard）|塞西莉·斯瓦内斯（Cecilie Svanes）|胡尔达·托拉林斯多蒂尔（Hulda Thorarinsdottir）|英格·M·沃特斯（Inge M. Wouters）|蒂娜·尚特尔-特姆基夫（Tina ?antl-Temkiv）|维维·施伦森（Vivi Schlünssen）|兰迪·J·贝尔特尔森（Randi J. Bertelsen）

挪威卑尔根大学临床科学系

摘要

背景与目的

室内微生物暴露会影响呼吸健康，但男性和女性对空气中的细菌群落的反应存在差异，这一点尚不清楚。本研究旨在评估室内空气中的细菌与成年人肺功能及气道炎症之间的性别特异性关联。

方法

作为欧洲社区呼吸健康调查（ECRHS）III项目的一部分，从五个北欧城市的1038名成年人（463名男性，575名女性）的卧室中收集了空气中的灰尘样本。通过16S rRNA扩增子测序分析了细菌群落。细菌和内毒素负荷分别通过定量PCR（qPCR）和鲎变形细胞溶解物（LAL）试验进行量化。采用按性别分层的多元线性回归模型来分析这些因素与肺功能和气道炎症之间的关联。

结果

男性体内较高的细菌多样性与更好的肺功能相关（FEV1 β = 0.17，95% CI: 0.05至0.29，P = 0.003），而女性体内较高的细菌多样性则与较高的FeNO水平相关（β = 2.44，95% CI: 0.73至4.15，P = 0.005）。内毒素负荷与女性的FeNO水平呈正相关（β = 0.37，95% CI: 0.05至0.70，P = 0.02），但在男性中未见此关联。放线菌门（Actinobacteriota）和杆菌门（Bacilli）的某些属与更好的肺功能相关，而梭菌门（Clostridia）的某些属则与较差的肺功能和较低的FeNO水平相关。相反，放线菌门和γ-变形菌门（Gammaproteobacteria）的某些属与较高的FeNO水平相关。

结论

室内细菌暴露对呼吸健康的影响存在性别差异。这些发现强调了微生物组成在影响成人肺健康方面的重要性，并强调了未来流行病学研究中需要采用性别特异性方法。

引言

近年来，城市化社会中慢性呼吸系统疾病（如哮喘和慢性阻塞性肺疾病（COPD）的发病率显著上升（Son等人，2015年；Badway等人，2016年）。最近的一些独立于培养技术的微生物组研究支持这一观点，即人类接触环境微生物的机会减少（Loverdos等人，2019年）。这一观点与“生物多样性假说”一致，该假说认为接触多样化的微生物环境减少可能会损害免疫调节，从而增加患呼吸系统和过敏性疾病的风险（Ege等人，2011年；Bello等人，2018年）。

该领域的大多数研究集中在儿童身上，尤其是在微生物多样性较高的农业环境中，但研究结果并不一致。一些研究报告称室内细菌多样性与儿童哮喘呈负相关（Ege等人，2011年；Karvonen等人，2019年；Hyyti?inen等人，2021年），而其他研究，尤其是在非农业或城市环境中，则未能证实这种关联（Kirjavainen等人，2019年；O'Connor等人，2018年；Fu等人，2020年）。尽管相关证据不断增加，但针对成年人的研究仍然较少。利用肺功能和气道炎症等客观临床指标来评估室内微生物组对呼吸健康影响的研究更是寥寥无几。肺功能可以通过肺活量（FVC）和1秒用力呼气容积（FEV1）等指标进行测量（Doeing等人，2013年；Mannino等人，2006年），而气道炎症则可以通过呼出的一氧化氮（FeNO）进行无创评估，FeNO是一种反映气道炎症组织中可诱导的一氧化氮合酶（iNOS）活性的生物标志物（Nerpin等人，2021年；Batra等人，2007年）。

新兴研究表明，微生物暴露对健康的影响可能因性别而异。例如，在ECRHS II研究的后续研究中，农场环境（通常被视为早期微生物多样性的代理指标）与成年人的肺功能存在性别依赖性关联（Campbell等人，2017年）。在人类和动物模型中的其他研究也发现了对内毒素和微生物暴露的炎症反应存在性别差异，这可能是由于激素和基因对免疫途径的调节作用（Kuo，2016年）。这些发现支持生物性别可能影响微生物暴露对呼吸健康影响的假设。然而，这一领域在成人中的研究仍然不足，尤其是在室内微生物组方面。最近的一项涉及68名健康中国年轻人的随机双盲交叉干预研究表明，室内空气中的微生物多样性与肺功能之间存在关联，表明性别会影响对微生物暴露的呼吸反应（Zhao等人，2024年）。然而，该研究未评估FeNO等气道炎症标志物或内毒素水平，且样本量相对较小且同质性较高。因此，需要更大规模的研究并采用全面的临床指标来更好地理解这些关联。

欧洲社区呼吸健康调查（ECRHS）III为解决这一空白提供了独特的机会。在本研究中，我们调查了室内空气中的细菌暴露与两个关键呼吸健康指标——肺功能和气道炎症之间的关联。通过高通量16S rRNA基因测序、qPCR和内毒素测量，分析了来自五个北欧ECRHS III研究中心的卧室灰尘样本。我们的目标有两个：（1）探讨室内细菌多样性、细菌负荷和内毒素负荷与成人肺功能和FeNO水平之间的关系，特别考虑潜在的性别差异；（2）确定室内微生物组中的特定细菌类群是否与这些呼吸健康结果相关。

研究人群

本研究基于欧洲社区呼吸健康调查（ECRHS）III的数据，共纳入1038名成年人（463名男性和575名女性），他们来自五个北欧城市：奥胡斯（丹麦）、卑尔根（挪威）、雷克雅未克（冰岛）、塔尔图（爱沙尼亚）和乌普萨拉（瑞典）。参与者来自自20世纪90年代初以来一直被追踪的基于人群的无关个体队列，其环境样本与之相关。

研究人群特征

研究包括1038名成年人（463名男性和575名女性），平均年龄为54岁，男女之间的年龄差异不显著（表1）。男性身高高于女性，且从未吸烟的比例较低。男性的肺功能Z评分普遍低于女性，除了FEV1/FVC比值，男性的该比值略高。约11%的参与者FEV1 Z评分低于正常下限（LLN），6%的参与者FVC Z评分低于LLN。

讨论

本研究探讨了室内空气中的细菌群落与成人呼吸健康之间的关系，通过肺功能和气道炎症进行评估。我们的发现揭示了性别依赖性模式：在男性中，较高的室内细菌多样性与更好的肺功能相关，而在女性中，细菌多样性更常与升高的FeNO水平相关，这可能表明存在轻微的气道炎症。尽管观察到的关联具有统计学意义，但总体上

结论

本研究提供了新的证据，表明室内空气中的细菌群落与成人的呼吸健康有关，揭示了明显的性别特异性关联。我们的发现表明，尤其是来自环境来源的较高室内细菌多样性可能有助于改善肺功能，而某些与人类相关的细菌类群可能与气道炎症有关。

鉴于观察到的效应大小较小以及研究的横断面性质，需要进一步的纵向研究来

作者贡献声明

赫沙姆·阿明（Hesham Amin）：撰写 – 审稿与编辑、撰写初稿、数据可视化、数据分析。克里斯汀·克拉默（Christine Cramer）：撰写初稿、方法学设计、数据管理。凯·芬斯特（Kai Finster）：监督、方法学设计、资金获取、概念构思。弗朗西斯科·戈麦斯·雷亚尔（Francisco Gomez Real）：方法学设计、概念构思。托拉林·吉斯拉松（Thorarinn Gislason）：资源支持、方法学设计、概念构思。马蒂亚斯·霍尔姆（Mathias Holm）：资源支持、方法学设计、概念构思。克里斯特·詹森（Christer Janson）：资源支持、概念构思。尼尔斯·奥斯卡（Nils Oskar）：

数据和材料的可用性

用于本研究的R代码和处理后的数据可在GitHub仓库中获取：https://github.com/University-of-Bergen/indoor-microbiome-lung-health。由于文件大小限制，原始ASV/OTU表格和原始测序输出文件已分别存放在Zenodo数据库中，DOI为：https://doi.org/10.5281/zenodo.15292469

伦理批准和参与同意

ECRHS III的研究方案在研究开始前已获得各参与国的伦理委员会批准。具体而言，获得了以下机构的伦理批准：丹麦米德约兰地区的De Videnskabsetiske Komitéer（奥胡斯）；挪威西部的REK Vest（卑尔根）；冰岛雷克雅未克的Vísindasieanefnd á heilbrigeissviei；爱沙尼亚塔尔图大学的Tartu ülikooli inimuuringute eetika komitee；以及区域伦理审查委员会

出版同意

参与者签署了参与临床研究的同意书。

资金支持

该项目获得了欧盟“地平线2020”研究与创新计划（Horizon 2020）下的欧洲研究委员会（ERC）的资助（授权协议编号：804199）。凯·芬斯特（Kai Finster）得到了诺和诺德基金会（Novo Nordisk Foundation）的支持（授权编号：NNF19OC0056963），蒂娜·尚特尔-特姆基夫（Tina ?antl-Temkiv）得到了丹麦独立研究基金（Danmarks Frie Forskningsfond）（9145-00001B）和Villum基金（研究资助编号23175和37435）的支持。ECRHS研究的协调工作也得到了相关机构的支持

利益冲突

作者声明没有可能影响本文结果和/或讨论的任何利益冲突或其他利益关系。