大气细颗粒物(fine particulate matter,PM2.5)即空气动力学直径小于等于2.5μm的颗粒物,是目前最受关注的环境空气污染物之一,其来源包括森林火灾、火山喷发和海盐等自然来源,以及工业排放、燃料燃烧、交通尾气、建筑和道路扬尘等人为来源。PM2.5能够长期悬浮在空气中,经呼吸道进入细支气管和肺泡,损伤支气管和肺泡上皮,并能够进入循环系统,产生不良健康影响。呼吸系统作为人体吸入PM2.5的通道和直接作用系统,往往最先受到损害。肺功能下降是呼吸系统损伤的敏感指标,可以提示呼吸系统的早期病变。据报道,肺功能水平不仅受性别、年龄、身高和体重等个体因素的影响,也受环境因素如颗粒物暴露等的直接影响。而PM2.5影响肺功能的模式及可能的机制仍不十分清楚,需要系统研究。目前PM2.5暴露水平与肺功能的关联性研究多以环境PM2.5浓度如大气监测站浓度、土地利用模型估计浓度等评估个体暴露水平,难以体现个体生活方式如吸烟、烹饪等对个体PM2.5暴露水平的影响。且目前发表的研究多在欧美等PM2.5浓度相对较低的区域,而我国及多数发展中国家PM2.5浓度相对较高,因此有必要进行我国个体PM2.5暴露水平与肺功能的关联研究。既往研究认为氧化应激在PM2.5暴露引起的病理损伤中发挥了重要作用。PM2.5暴露会诱发线粒体功能障碍,伴随着能量代谢异常和活性氧的释放,当活性氧的产生与抗氧化机制的平衡被打破,就会诱发氧化应激,激活多种细胞死亡通路。但氧化应激是否在PM2.5损伤肺功能中发挥作用仍不明确。近年来,表观遗传改变如DNA甲基化被认为是环境污染物导致健康损害的重要过程,PM2.5能否通过表观遗传改变来影响肺功能也受到关注。随着表观遗传检测技术的发展,目前已经可以在全基因组水平上进行PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点分析,但全基因组水平上DNA甲基化在PM2.5与肺功能关联中的作用仍缺乏研究。基于此,本研究选择武汉-珠海队列中武汉社区人群为研究对象,武汉社区人群于2011年4～5月招募,2014年和2017年春季分别进行了第一次和第二次随访,对武汉社区固定群组人员进行个体24小时PM2.5测定并分析研究对象个体PM2.5暴露水平的影响因素,建立个体PM2.5暴露水平估计模型;采用该模型估算不同时间点武汉社区人群的个体PM2.5暴露水平,结合多次肺功能测定分析个体PM2.5暴露对肺功能短期和长期作用。随后测定研究对象尿氧化损伤标志物8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-2ˊ-deoxyguanosine,8-OHd G）和8-异前列腺素F2α(8-iso-prostaglandin-F2α,8-iso-PGF2α)的浓度,探讨氧化应激在PM2.5致肺功能改变中的中介作用。最后,本研究选择武汉社区队列的不吸烟研究对象,测定全基因组DNA甲基化水平,通过表观基因组关联研究筛选PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点,探讨上述位点与肺功能变化的关联,为PM2.5暴露影响肺功能的机制提供了线索。本研究获华中科技大学同济医学院伦理委员会批准,研究对象均填写知情同意书,通过质量控制系统保证数据收集和生物样本检测的质量。本研究主要分为以下三个部分:第一部分武汉社区居民个体PM2.5暴露水平评估及影响因素研究目的:探究大气PM2.5浓度、气象因素、生活方式、居住环境和职业粉尘暴露等因素对武汉社区居民个体PM2.5暴露水平的影响,建立武汉社区居民个体PM2.5暴露水平评估模型。方法:本部分研究对象为武汉社区参与第一次随访或第二次随访的固定群组成员,共计191人次,使用个体PM2.5采样器监测研究对象个体24小时PM2.5暴露水平,使用结构化问卷和24小时活动记录表收集研究对象信息,包括生活方式（吸烟状况、被动吸烟状况、烹饪习惯、户外活动时间、交通暴露时间）、居住环境（住宅距主干道距离、住宅楼层）和职业粉尘暴露等,收集同期位置最近的国家环境监测站大气PM2.5浓度和气象因素信息。采用皮尔森相关系数（r）、斯皮尔曼相关系数（rs）或点二列相关系数(rpb)分析个体PM2.5水平的影响因素。采用混合线性模型进行模型拟合,利用逐步回归法进行变量筛选,方差膨胀因子大于10的变量被认为具有多重共线性并被剔除。采用R~2、10折交叉验证R~2以及估计值与实测值的比值评价模型拟合效果。本部分分析使用SAS统计软件（Version 9.4）或R统计软件（Version 3.6.1）进行。结果:武汉社区居民个体PM2.5暴露平均浓度为156.85μg/m~3,范围是14.85～443.21μg/m~3,约为同期环境监测站大气PM2.5浓度（17.39～242.55μg/m~3）的两倍。个体PM2.5暴露浓度与环境空气PM2.5浓度中度正相关（r=0.57,P<0.001）。此外,个体PM2.5暴露水平与现在吸烟(rpb=0.17)、每日吸烟量（rs=0.20）和被动吸烟(rpb=0.32)呈现正相关,与户外活动时间（rs=-0.15）、大气压（rs=-0.28）、相对湿度（rs=-0.21）和平均风速（rs=-0.46）呈现负相关。未观察到本人做饭、家用燃料、交通暴露时间、住宅距主干道距离、住宅楼层和职业粉尘暴露与个体PM2.5暴露水平的相关性。共七个因素被纳入个体PM2.5估计模型,包括大气PM2.5浓度、每日吸烟量、被动吸烟、大气压与标准大气压差值、气温、相对湿度和平均风速。该模型边际R~2为0.604,提示上述七个因素能够解释个体PM2.5浓度变异的60.4%。此外,该模型10折交叉验证R~2为0.654。个体PM2.5暴露水平估计值和实测值的比值在1左右,尤其当个体PM2.5实测值超过50μg/m~3时模型预测效果较好。结论:个体PM2.5暴露的影响因素包括吸烟、被动吸烟、户外活动时间、气温、相对湿度、大气压和平均风速。评估模型中大气PM2.5浓度、每日吸烟量、被动吸烟和气象因素解释了武汉社区居民个体PM2.5暴露水平变异的60.4%,拟合效果较好。第二部分社区居民个体PM2.5短期和长期暴露水平与肺功能的关联及氧化应激的中介作用目的:阐明武汉社区居民个体PM2.5短期暴露和长期暴露水平与肺功能水平的关联,探讨氧化应激在PM2.5暴露水平与肺功能关联中的中介作用。方法:研究对象为武汉-珠海队列中的武汉社区成员,包括参与基线、第一次或第二次随访的成员。采用第一部分获得的个体PM2.5估计模型计算研究对象体检当日个体PM2.5暴露水平及体检前1～7日PM2.5滑动平均浓度。按美国胸科协会推荐方法测定研究对象肺功能指标,基线测定指标包括用力肺活量（forced vital capacity,FVC）、一秒用力肺活量（forced expiratory volume in 1 second,FEV1）和呼气峰流速（peak expiratory flow,PEF）,及上述指标占预测值的百分比（FVC%pred,FEV1%pred和PEF%pred）,第一次随访和第二次随访除上述指标外,增加了最大呼气中期流量（maximum mid-expiratory flow,MMF）及其占预测值的百分比（MMF%pred）来评价小气道功能。利用混合线性模型分析体检当日个体PM2.5浓度及体检前1～7日滑动平均浓度与肺功能水平的关联。在评价PM2.5长期暴露影响时,选择至少参与两次肺功能测定的研究对象,以所在年份所有研究对象PM2.5中位浓度为分界点将研究对象按照体检当日个体PM2.5暴露水平分为高暴露或低暴露,将所有年份均为高暴露（低暴露）的研究对象划入持续高暴露组（持续低暴露组）。采用混合线性模型或广义线性模型分别分析持续高暴露组相比于持续低暴露组肺功能3年变化量或6年变化量的改变情况。肺功能测定当天留取研究对象晨尿,使用高效液相色谱（电化学检测法）测定尿8-OHd G浓度,使用ELISA测定尿8-iso-PGF2α浓度。使用中介分析评价尿8-OHd G和尿8-iso-PGF2α在PM2.5与肺功能关联中的作用。本部分分析使用SAS统计软件（Version 9.4）或R统计软件（Version 3.6.1）进行。结果:PM2.5短期暴露水平与肺功能关联性分析的研究对象为参与基线或两次随访的武汉社区居民共计7685人次（男性2751人次,35.80%）,平均年龄为55.69岁。体检当日个体PM2.5暴露平均浓度为143.55μg/m~3,范围是6.57～349.41μg/m~3。武汉社区居民个体PM2.5短期暴露水平与肺功能存在负向关联,且7日滑动平均浓度与肺功能关联最强。在校正了性别、年龄、身高、体重、吸烟状况、被动吸烟状况、饮酒状况、教育水平、本人做饭情况和体检年份后,研究对象体检当日个体PM2.5水平每升高10μg/m~3,FVC、FEV1、PEF和PEF%pred分别下降2.36 m L、1.63 m L、14.53 m L/s和0.20%;体检前7日个体PM2.5滑动平均浓度每升高10μg/m~3,FVC、FVC%pred、FEV1、PEF和PEF%pred分别降低9.29 m L、0.28%、4.85 m L、30.78m L/s和0.43%（所有P<0.05）。分层分析结果显示,PM2.5短期暴露水平与肺功能的负向关联在女性、年龄大于55岁人群、不吸烟人群和不饮酒人群中更加明显。PM2.5长期暴露水平与肺功能的关联性分析以至少参与两次体检的武汉社区居民（N=4789）为研究对象,其中男性1686人次,占35.21%,平均年龄为56.08岁。在校正了性别、年龄、身高、体重、吸烟状况、被动吸烟状况、饮酒状况、教育水平和本人做饭情况后,与持续低暴露组相比,持续高暴露组FEV1/FVC、FEV1/FVC%pred、PEF和PEF%pred的3年降低量分别增加0.79%、1.97%、128.60m L/s和2.33%,但上述变化无统计学意义,而FEV1/FVC、FEV1/FVC%pred、PEF和PEF%pred的6年降低量分别增加2.90%、3.69%、370.86 m L/s和5.82%（所有P<0.05）,未观察到FVC、FVC%pred、FEV1和FEV1%pred指标3年和6年变化量的显著变化。分层分析结果显示,与持续低暴露组相比,持续高暴露组肺功能6年改变量在女性、年龄不超过55岁、不吸烟人群和不饮酒人群中更加明显,但上述变量无效应修饰作用。氧化应激在PM2.5暴露水平与肺功能关联中的作用以队列基线和第一次随访中完成了尿8-OHd G或8-iso-PGF2α测定的居民（N=3895）作为研究对象。尿8-OHd G和8-iso-PGF2α浓度中位数（第25%分位数P25,第75%分位数P75）分别为58.31（20.05,134.09）μmol/mol Cr和73.02（43.82,122.54）ng/mmol Cr。在校正了性别、年龄、身高、体重、吸烟状况、被动吸烟状况、饮酒状况、教育水平和体检年份后,研究对象个体PM2.5暴露7日滑动平均浓度与尿8-OHd G水平的关联无统计学意义,8-OHd G在PM2.5暴露与肺功能的关联中无显著中介作用。PM2.5暴露水平与尿8-iso-PGF2α浓度呈现明显的非线性关联（非线性P<0.001）,在高PM2.5暴露人群中,研究对象PM2.5暴露水平与肺功能呈现线性正向关联,个体PM2.5暴露7日滑动平均浓度每升高10μg/m~3,尿8-iso-PGF2α浓度增加2.04%（95%CI:0.50,3.61）,尿8-iso-PGF2α显著中介个体PM2.5暴露所致的FEV1和FEV1%pred降低,中介比例分别为15.70%和19.19%。结论:武汉社区居民个体PM2.5短期暴露水平与FVC、FVC%pred、FEV1、PEF和PEF%pred水平存在负向关联,且7日滑动平均浓度关联最强。与持续低暴露组相比,PM2.5持续高暴露6年肺功能指标（FEV1/FVC、PEF）下降更加明显。PM2.5暴露水平与肺功能的关联在不吸烟者中更明显。尿8-iso-PGF2α部分中介了个体PM2.5暴露所致的FEV1和FEV1%pred降低。第三部分社区居民PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点及其与肺功能的关联目的:筛选与PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点,并探讨这些位点与肺功能下降的关联。方法:纳入武汉社区中完成DNA甲基化测定的不吸烟居民共计402人次作为研究对象。个体PM2.5暴露浓度评估方法同第二部分,肺功能指标采用美国胸科协会的推荐方法测定。全血DNA甲基化水平采用Illumina Methylation EPIC Bead Chips测定,该芯片可测定全基因组水平上超过85万个位点,使用“minfi”包和“wate Rmelon”包进行样本质控和位点质控。经过样本质控和位点质控后共402个样本和777153个位点纳入全基因组关联分析。采用混合线性模型筛选全基因组水平上与个体PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点,并分析上述位点的甲基化水平与肺功能的关联。本部分分析使用R统计软件（Version 3.6.1）进行。结果:研究对象平均年龄为58.44岁,男性占比12.19%。结果显示,校正了性别、年龄、体质指数、被动吸烟状况、饮酒状况、体检年份、血细胞比例和批次效应后,5个位点（cg10314909、cg08968107、cg18362281、cg24663971和cg17834632）的甲基化水平与个体PM2.5暴露水平存在负向关联（FDR<0.05）,5个位点（cg24821877、cg24862131、cg23530876、cg11149743和cg10781276）甲基化水平与个体PM2.5暴露水平存在正向关联（FDR<0.05）,其中P值最小的位点为cg24663971(P=1.63（?）10-9)。与PM2.5暴露相关的10个位点甲基化水平与肺功能的关联性分析发现,3个位点cg24663971（Intergenic）、cg10314909（MMEL1）和cg11149743（HOXB7）的甲基化水平与肺功能相关。其中,cg24663971的甲基化水平与FVC%pred和FEV1%pred存在正向关联,cg10314909的甲基化水平与FVC、FVC%pred和FEV1%pred存在正向关联,cg11149743甲基化水平与FVC%pred存在正向关联（所有P<0.05）。分层分析结果显示,cg24663971甲基化水平与FVC%pred和FEV1%pred的正向关联在年龄较大者中更加明显,未观察到BMI在DNA甲基化与肺功能关联中的效应修饰作用。结论:在武汉社区不吸烟人群中筛选得到了10个与个体PM2.5暴露相关的DNA甲基化位点。其中,位点cg24663971（Intergenic）、cg10314909（MMEL1）和cg11149743（HOXB7）甲基化水平与肺功能水平存在不同程度的显著关联。