英国城市家庭室内外真菌生物气溶胶多样性分析：一项前瞻性、观察性纵向研究

《The Lancet Microbe》：Diversity analysis of indoor and outdoor fungal bioaerosols in UK households: a prospective, observational, longitudinal study

　　

长期暴露于室内真菌生物气溶胶是呼吸系统疾病的已知风险因素，尤其在潮湿和通风不良的房屋中。然而，这些真菌群落的多样性和季节性变化仍知之甚少。作为伦敦西部健康家庭与环境研究（WellHome）的一部分，本研究旨在表征英国城市家庭中室内真菌生物气溶胶的组成、多样性和时间动态，并与室外空气进行比较，以期为未来的暴露基线和政策制定提供信息。在这项前瞻性、基于社区的观察性研究中，通过社区网络和合作组织招募了118户家庭，优先考虑有哮喘或过敏儿童的5-17岁家庭，且社会经济背景多样。采样时间为2022年10月3日至2024年6月14日。通过家庭成员完成的问卷调查收集参与者数据，涵盖人口统计、建筑特征和呼吸健康。在两个季节性活动中，使用被动空气采样器在客厅放置28天，同时在四个固定社区站点进行室外同步采样。通过ITS2扩增子测序鉴定真菌生物气溶胶，并使用针对18S rRNA基因的广谱定量PCR进行定量。使用生态学统计和广义加性模型分析多样性指数和时间动态。共纳入118户家庭，包括504名居民（263名女性，237名男性，4人未报告）。在118户家庭中，104户完成了两个季节性活动，14户完成了一个，共获得262份空气样本（222份室内，40份室外）。所有样本均成功回收DNA，鉴定出2027个真菌属。室内环境的丰富度（平均646 vs 495扩增子序列变体；p<0.0001）和香农多样性（4.21 vs 3.53；p<0.0001）显著高于室外。群落组成差异显著（置换多元方差分析p<0.0001），其中青霉属（Penicillium）、曲霉属（Aspergillus）和瓦氏菌属（Wallemia）在室内富集。室内真菌群落呈现更强的季节性循环（R2=0.203），而室外群落较弱（R2=0.012）。所有家庭的真菌负荷中位数为11043基因组当量（GE）；四分位距为4598-20579 GE。可见霉菌的家庭中观察到最高水平；一户家庭显示曲霉属暴露升高，与一名致敏居民的反复哮喘住院有关。室内真菌生物气溶胶在英国城市家庭中比室外群落更多样化和动态。这些发现建立了基础的暴露数据，并强调了将真菌生物气溶胶监测纳入公共卫生政策以减轻霉菌相关健康风险的必要性。

研究背景与意义

室内环境是人类活动的主要场所，全球北方国家居民约80%的时间在室内度过。然而，相较于室外空气质量，室内生物气溶胶对人体健康的影响长期处于研究盲区。长期暴露于室内真菌生物气erosols（fungal bioaerosols）是诱发呼吸系统疾病（如过敏性哮喘、侵袭性感染）的重要风险因素，尤其是在潮湿、通风不良的居住环境及社会经济地位较低的人群中更为显著。尽管已有研究关注真菌危害，但大多局限于少数过敏原属或依赖传统培养法，导致对真菌多样性的严重低估，且缺乏大规模、跨季节的分子生态学研究数据。此外，目前国际上尚缺乏室内真菌生物气溶胶的安全暴露阈值指南。因此，本研究旨在通过高精度分子检测手段，系统描绘英国家庭室内外真菌群落的时空分布特征，为制定室内空气质量管理标准和公共卫生干预政策提供科学依据。该研究发表于国际顶级期刊《The Lancet Microbe》，突显了其学术价值与现实意义。

关键技术方法

本研究是一项前瞻性、基于社区的横断面观察性研究。研究人员于2022年10月至2024年6月期间，在英国伦敦西部招募了118个家庭（共504名居民），重点覆盖有哮喘或过敏病史的儿童家庭，确保了样本的多样性与代表性。研究采用被动空气采样器（passive-air samplers）在客厅连续采集28天，并在四个固定社区站点同步采集室外空气样本。实验室分析结合了ITS2扩增子测序（ITS2 amplicon sequencing）进行真菌物种分类学鉴定，以及针对18S rRNA基因的广谱定量PCR（broad-range quantitative PCR）技术进行绝对定量分析。数据分析方面，研究人员运用了生态学统计指标（如丰富度、Shannon指数）评估多样性，并利用置换多元方差分析（PERMANOVA）和广义加性模型（GAMs）解析群落结构的时空动态变化。

研究结果

群落组成与多样性差异

通过对262份样本（222份室内，40份室外）的深度测序，研究人员鉴定出2027个真菌属。结果显示，室内真菌群落的α多样性（包括丰富度和Shannon指数）显著高于室外环境。在群落组成上，室内外环境呈现显著差异，Penicillium（青霉属）、Aspergillus（曲霉属）和Wallemia（瓦氏菌属）在室内环境中显著富集，而Aureobasidium（短梗霉属）和Vishniacozyma（威什涅夫斯基酵母属）则在室外占主导地位。这表明室内环境不仅容纳了来自室外的真菌，还演化出了独特的微生态系统。

时间动态与季节性变化

研究揭示了真菌群落强烈的时间异质性。室内真菌群落的季节性循环（R²=0.203）明显强于室外（R²=0.012）。随着季节更替，室内真菌群落结构发生显著重置，秋冬季节交替尤为明显。在门水平上，Ascomycota（子囊菌门）与Basidiomycota（担子菌门）的相对丰度呈现互补的季节性波动，夏季子囊菌门丰度达到峰值，而冬季则是担子菌门占优。

真菌负荷与健康风险关联

室内真菌总负荷的中位数为11043基因组当量（GE）。值得注意的是，研究发现了三户高风险家庭：两户存在肉眼可见的严重霉菌污染，其真菌负荷及致病属（如Aspergillus、Fusarium、Mucor）的绝对丰度极高；另一户虽无明显霉菌，但检测出极高的Aspergillus水平，且该户一名对曲霉过敏的哮喘儿童曾多次因急性发作住院。这一案例证明，仅凭肉眼观察不足以评估真实的生物气溶胶暴露风险，分子检测对于保护临床易感人群至关重要。

讨论与结论

本研究证实，英国城市家庭室内的真菌生物气溶胶比室外环境具有更高的多样性和动态变化。室内环境不仅是室外真菌的受体，更是特定真菌属（如Penicillium和Aspergillus）的独立繁殖地。研究强调，室内真菌群落受季节驱动明显，且具有高度的异质性。

基于上述发现，研究人员指出，目前的公共卫生政策亟需将真菌生物气溶胶监测纳入室内空气质量评估体系。特别是在英国《Awaab法案》生效的背景下，建立科学的真菌暴露基线和安全阈值显得尤为紧迫。本研究不仅填补了英国家庭真菌暴露数据的空白，也为未来开发基于分子指纹的室内环境健康监测技术奠定了基础。