血液嗜酸性粒细胞计数与呼气流量受限的关联：一项多族裔观察性研究及其孟德尔随机化分析

《Journal of Inflammation Research》：Association of Blood Eosinophil Counts with Expiratory Airflow Limitation: A Multi-Ethnicity Observational Study

本研究通过整合三大队列人群数据，揭示了血液嗜酸性粒细胞计数（BEC）升高与肺功能加速下降（包括FEV1、FEV1/FVC、PEF等）之间存在显著且独立的负相关，尤其在男性、老年（>45岁）和吸烟者中更为突出。孟德尔随机化（MR）分析进一步为这种关联提供了潜在的因果证据，并发现其在欧洲人群中表现为广泛的肺功能损害，而在亚洲人群中则特异性关联于气道阻塞（FEV1/FVC）。研究结果拓展了对嗜酸性粒细胞相关呼吸系统健康的认知，提示BEC或许可作为一般人群呼吸健康风险的潜在生物标志物。

　　

引言

肺功能是评估呼吸系统健康的关键生物标志物。其加速下降常源于临床前炎症过程，而不仅仅是显性疾病的表现。在炎症介质中，嗜酸性粒细胞作为经典寄生虫免疫和过敏反应的标志，现已被广泛认为是全身及呼吸道炎症的可及性标志物。尽管其在哮喘和慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease, COPD）中的临床意义已得到充分阐述，但近期的研究表明，嗜酸性粒细胞水平可能与肺功能轨迹相关联，甚至在无慢性呼吸系统疾病的个体中也是如此。值得注意的是，血液嗜酸性粒细胞计数（Blood Eosinophil Counts, BECs）升高与一秒用力呼气容积（Forced Expiratory Volume in 1 second, FEV₁）降低以及呼出气一氧化氮分数（Fractional Exhaled Nitric Oxide, FeNO）升高相关，且与吸烟状况或基线肺功能无关。

然而，现有研究仍存在空白。第一，大部分队列研究主要针对同质人群，限制了结论的普遍适用性。第二，由于观察性设计固有的混杂偏倚，BECs与肺功能下降之间的因果关系尚不明确。第三，对肺功能的评估通常仅局限于FEV₁，忽略了动态测量指标，如峰值呼气流速（Peak Expiratory Flow, PEF）和用力肺活量（Forced Vital Capacity, FVC）。

为填补这些空白，本研究采用了包含多个队列的观察性分析和孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）的方法，以评估BECs与肺功能之间的关联及潜在的因果关系。我们利用了中国洪洞县队列、美国国家健康与营养检查调查（National Health and Nutrition Examination Survey, NHANES）和英国生物样本库（UK Biobank, UKB）三个不同人群队列的数据，并采用MR来推断潜在的因果方向性。

方法

数据来源与研究设计

本研究的数据来源于三个独立队列。中国洪洞县队列是一项针对山西省农村人群的综合调查，覆盖了269个村庄，共招募了26,480名参与者。美国NHANES队列（2007-2012年）代表了多样化的美国人群。英国UK Biobank是一项大规模前瞻性欧洲队列，招募了超过50万名年龄在40-69岁之间的参与者。在排除血液恶性肿瘤或BEC、肺功能数据缺失的参与者后，最终的分析样本量为：洪洞13,868人，NHANES 11,833人，UK Biobank 428,610人。研究设计流程图清晰地展示了参与者的筛选流程。

肺功能与BECs的测量

肺功能评估方案因队列而异。洪洞队列使用便携式Sunmi V2设备；NHANES采用Ohio 822/827肺活量计；UK Biobank则使用Vitalograph Pneumotrac 6800设备。评估前1小时内使用过吸入器的参与者被排除。

BECs的测量使用Sysmex XN-10[B3]分析仪（洪洞队列）和Beckman Coulter HMX分析仪（NHANES/UK Biobank）。根据行业标准，绝对计数≥0.50×10⁹个/L或百分比≥5.0%被定义为嗜酸性粒细胞增多。

统计分析

对连续变量和分类变量分别采用适当的方法进行描述和比较。使用多变量线性回归模型分析BECs与FEV₁、FVC、FEV₁/FVC和PEF之间的关联，并针对年龄、种族、吸烟/饮酒状况、体重指数（Body Mass Index, BMI）和共病进行调整。亚组分析按呼吸系统疾病状态、年龄（>45岁）和吸烟状况进行分层。平滑曲线拟合用于探究BECs与肺功能之间的非线性关联。在UK Biobank的纵向子集中，使用线性混合效应模型（Linear Mixed Effects Model, LMM）分析基线BECs对肺功能纵向变化的影响。

孟德尔随机化分析

我们进行了双向两样本MR分析，以探讨BECs与肺功能参数（FEV₁、FVC、FEV₁/FVC、PEF）之间的因果关系。该分析基于三个核心假设：（1）选定的遗传变异与BECs（暴露）强相关；（2）没有未测量的混杂因素同时影响遗传变异和肺功能结局；（3）遗传变异仅通过影响BECs来影响肺功能（不存在水平多效性）。

我们分别从欧洲和东亚人群的全基因组关联研究（Genome-Wide Association Studies, GWAS）中选择了遗传工具变量（Instrumental Variables, IVs）。暴露数据来源于日本生物样本库（东亚人群）和一项欧洲血统的荟萃分析。结局数据来源于台湾生物样本库、UK Biobank和另一项欧洲荟萃分析。为确保证据的有效性，我们进行了敏感性分析，包括MR-Egger回归、加权中位数法和MR-PRESSO。

结果

研究参与者特征

三个队列参与者的基线特征存在差异。在人口统计学和临床特征方面，NHANES参与者最年轻，UK Biobank参与者中当前吸烟者和饮酒者的比例最高。肺功能参数显示，NHANES参与者在所有指标（FEV₁、FVC、FEV₁/FVC、PEF）上均为最高，而洪洞队列的测量值普遍最低。BECs中位数水平在各队列间相近。

横断面研究中BECs与肺功能的关系

横断面分析显示，BECs升高与肺功能参数下降呈负相关，但这种关联的模式和强度在不同队列和性别间存在差异。

在UK Biobank中，BECs与肺功能的关联最为稳定和显著。在校正模型中，BECs每增加1×10⁹个/L，男性FEV₁减少266.22 mL，女性减少171.95 mL。FEV₁/FVC比值也显示出显著的负相关。FVC和PEF的下降同样显著，其中男性PEF下降超过800 mL/s。

在NHANES中，男性FEV₁的负相关显著，但FVC没有显著关联。在洪洞队列中，男性和女性均观察到FEV₁的显著负相关，但男性的FVC未显示显著关联。值得注意的是，男性中BECs对肺功能下降的影响似乎比女性更强。平滑曲线分析揭示了非线性关系，特别是在洪洞队列中，FEV₁与BECs之间呈非线性负相关，NHANES则在所有肺功能参数上都表现出持续的非线性负相关。

UK Biobank队列的纵向研究结果

纵向分析聚焦于拥有基线和随访数据的38,532名UK Biobank参与者。分析发现，较高的基线BECs与男性随访期间肺功能的加速下降显著相关，表现为FEV₁、FVC、FEV₁/FVC和PEF的显著降低。在女性中，除了PEF，其他参数也观察到显著的BEC相关下降。LMM分析进一步证实，较高的BECs与观察期间FEV₁、FVC和FEV₁/FVC的更快下降相关，且这种关联在男性中比女性更强。

亚组分析

亚组分析揭示了BECs与肺功能关系受人口统计学和临床特征的显著影响。

年龄分层分析发现，在年龄>45岁的参与者中，BECs与肺功能下降的关联通常更强。在排除患有呼吸系统疾病（如哮喘、COPD）的参与者后，UK Biobank中BECs与肺功能的负相关依然存在，但在洪洞队列的男性中，BECs与FEV₁和FEV₁/FVC的关联失去了显著性。吸烟分层分析显示，无论是在吸烟者还是非吸烟者中，UK Biobank队列的BECs与所有肺功能参数均存在稳健的负相关。总体而言，吸烟会加剧BECs与肺功能之间的负相关。而在洪洞队列中，吸烟男性仅在FEV₁和FEV₁/FVC上表现出选择性下降。

BECs与肺功能的孟德尔随机化分析

孟德尔随机化（MR）分析为BECs与肺功能之间的关联提供了潜在的因果证据，但不同人群存在差异。

在欧洲人群中，MR分析显示，遗传预测的较高BECs与所有评估的肺功能参数（FEV₁、FVC、FEV₁/FVC、PEF）的损害均存在强烈的因果关联，结果具有统计学意义。敏感性分析未检测到显著的水平多效性，支持了因果推断的有效性。

在亚洲人群中，我们观察到一个独特的、性状特异性的因果模式。遗传预测的较高BECs与气流阻塞（以FEV₁/FVC比值降低为特征）存在显著的因果关联，但与肺容积指标（FEV₁和FVC）之间未发现显著的因果关联。这意味着在亚洲人群中，嗜酸性粒细胞介导的炎症可能与特定的气道阻塞通路相关，而非导致广泛的肺容积减少。

讨论

本研究提供了令人信服的证据，表明较高的BECs与加速的肺功能下降相关。横断面和纵向分析均支持这一关联，并揭示了显著的性别、年龄、吸烟状况和种族差异。一个关键发现是MR分析揭示的种族间因果模式差异：在欧洲人群中，较高的BECs对整体肺功能有广泛的因果性损害；而在亚洲人群中，其因果效应似乎特异性地作用于气道阻塞，主要体现在FEV₁/FVC比值的降低。这强调了在肺功能研究的设计和解读中必须系统性地考虑种族/民族的差异。

关于潜在机制，嗜酸性粒细胞可能通过多种途径导致气流受限，包括：（1）通过细胞毒性颗粒蛋白（如主要碱性蛋白/嗜酸性粒细胞衍生神经毒素）直接损伤上皮，破坏黏膜屏障并暴露感觉神经；（2）通过IL-5/IL-13的自分泌环和趋化因子网络（如CCL6/15/23-CCR1）维持炎症反应和黏液高分泌；（3）通过TGF-β诱导的成纤维细胞活化介导气道结构重塑（上皮下纤维化）。然而，由于本研究中未测量特定的炎症生物标志物，这些具体通路仍是假设性的。

研究局限性与结论

本研究存在一些局限性。首先，尽管对关键混杂因素进行了调整，但未测量的变量（如特定环境暴露）仍可能带来残余混杂。其次，部分队列缺乏直接的炎症生物标志物（如IgE、FeNO）数据，限制了我们对具体生物机制的剖析。最后，MR分析虽然有助于推断因果关系，但其结论仍需谨慎解读。

综上所述，本研究证明，BECs升高与不同人群的肺功能损伤独立相关，孟德尔随机化分析为此提供了潜在的因果证据，并识别出亚洲和欧洲人群之间不同的致病模式。这些发现拓展了当前对嗜酸性粒细胞相关呼吸系统健康的理解，观察到的队列间异质性强调了在评估嗜酸性粒细胞相关肺部损伤时考虑人口统计学和遗传背景的重要性。