缺血性心脏病在全球范围内导致了严重的人群疾病和死亡负担，研究显示空气污染（特别是颗粒物）短期暴露可诱发缺血性心脏病事件，导致其住院和死亡风险增加，其潜在的生物学机制涉及氧化应激、系统炎症和内皮功能障碍等。然而既往针对臭氧（ozone，O3）污染短期暴露对缺血性心脏病的影响证据尚不充分。此前公共卫生学院科研人员在European Heart Journal发表原创研究论文（Eur Heart J. 2023;44(18):1622-1632），基于我国多城市城镇人群住院就诊记录系统评估了臭氧污染短期暴露对人群因主要心血管疾病事件住院风险的影响，并发现急性心肌梗死为受臭氧污染影响最大的缺血性心脏病亚型，从而为臭氧污染的心血管危害提供了有力证据。近期上述团队针对臭氧短期暴露对心肌缺血及其早期效应标志物影响方面开展了深入探索，并评估了有效干预措施的保护作用，相关成果以“Short-term effects of ambient gaseous air pollution on blood platelet mitochondrial DNA methylation and myocardial ischemia”为题发表于环境健康领域权威期刊（Environment International，中科院1区，IF=11.8）。
DNA甲基化是机体主要表观遗传修饰机制之一，氧化应激反应生成的活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）可引起DNA甲基化改变，而线粒体DNA （mitochondrial DNA，mtDNA）比核DNA更容易受到ROS的影响而发生甲基化。国内外研究表明，DNA甲基化与心血管疾病如缺血性心脏病的发生和进展相关，可用作预测心血管疾病的早期效应标志物。动态心电图监测是临床评估疑似或已知心肌缺血或心肌梗死患者心脏功能的重要工具。其中，心电图ST 段压低和T波倒置提示心肌缺血，并可预测心肌梗死的发生。臭氧是一种强氧化剂，暴露于机体后极有可能通过引起氧化应激反应对机体心血管系统造成损伤。然而，目前尚无研究探讨臭氧等气态污染物短期暴露对mtDNA甲基化的影响及其在空气污染致心肌缺血效应中的作用。
此外，研究显示L-精氨酸（L-arginine，L-Arg，日常膳食中常见的一种非必须氨基酸）能够增加内源性抗氧化酶的表达，促进谷胱甘肽合成，从而降低ROS的产生和积累，提高机体的抗氧化水平，减少氧化应激反应；另外L-Arg参与机体精氨酸/NO途径，即在一氧化氮合酶(Nitric oxide synthase，NOS)作用下，分解为等分子的瓜氨酸和NO，其中NO是一种血管舒张因子，可通过作用于鸟苷酸环化酶引起平滑肌松弛，血管扩张，血压降低并抑制血小板聚集、粘附。因此L-Arg具有潜在的拮抗空气污染暴露导致的机体氧化应激及相关健康损伤的作用。
研究团队基于在一组血压偏高的中老年心血管疾病危险个体（50-75岁，n=110）中开展的一项随机、双盲、安慰剂对照干预研究，探索了主要气态污染物[臭氧、一氧化碳（CO）和二氧化硫（SO2）]短期暴露对受试者血小板mtDNA甲基化水平以及心肌缺血指征（动态心电图ST段压低和T波倒置事件）发生风险的影响，并进一步探讨了血小板mtDNA甲基化水平在气态污染物短期暴露致心肌缺血中的作用，以及口服L-Arg补充剂对上述效应的的干预效果。
研究发现臭氧短期暴露与受试者暴露前后血小板mtDNA ATP6_P1甲基化水平降低及mt12sRNA、MT-COX1和MT-COX1_P2等甲基化水平升高存在显著关联（见图1）。
图1. 空气臭氧短期暴露与受试者暴露前后血小板mtDNA甲基化水平绝对变化量在不同滞后时间窗的关联
此外，臭氧短期暴露与24小时动态心电图监测总导联、下导联以及侧导联的ST段压低事件发生风险增加及所有5种导联（总导联、前导联、下导联、侧导联以及前侧导联）的T波倒置事件发生风险增加存在显著关联（见图2）。
图2. 关键滞后时间窗臭氧短期暴露和动态心电图ST段压低及T波倒置事件次数之间的关联
进一步研究显示暴露前后血小板mtDNA MT-COX1和MT-COX1_P2甲基化变化量对臭氧短期暴露对心电图ST段压低事件（总导联和前导联）发生风险的影响存在修饰作用，如在暴露前后MT-COX1_P2甲基化水平最低变化组，臭氧短期（Lag 0-48）暴露浓度每升高1个IQR（60.8 μg/m3），24小时动态心电图监测总导联ST段压低事件发生次数增加0.92次（95% CI：0.27，1.58），高于暴露前后MT-COX1_P2甲基化水平中等变化组（0.49，95% CI：0.09，0.88）和最高变化组（0.04，95% CI：-0.44，0.53）（见表1）。
进一步研究发现，臭氧短期暴露对受试者血小板mtDNA部分位点甲基化变化量和ST段压低事件发生风险的影响在安慰剂组中显著，但在L-Arg干预组中无统计学意义，表明L-Arg干预对臭氧短期暴露引起的血小板mtDNA甲基化变化和ST段压低事件发生风险起到一定保护作用。例如，臭氧短期（Lag22-26）暴露浓度每升高1个IQR，安慰剂对照组中MT-COX1_P2甲基化水平显著升高3.06%（95% CI: 0.27%, 5.85%），而L-Arg干预组中MT-COX1_P2甲基化水平仅升高0.94%（95% CI: -1.96%, 3.84%）。同时，臭氧短期（Lag 0-48）暴露浓度每增加1个IQR，安慰剂对照组24小时动态心电图监测期间在总导联和下导联的ST段压低事件次数分别显著增加0.86（95% CI：0.28，1.44）和2.40（95% CI：1.14，3.65）次，而L-Arg干预组在总导联和下导联的ST段压低事件次数分别变化0.25（95% CI: -0.38, 0.87）和-0.01（95% CI: -1.42, 1.41）次。后续一系列亚组分析和敏感性分析显示研究结果较为稳定。研究同时探索了其他气态污染物CO和SO2对上述心血管健康指标的影响，发现总体上弱于臭氧的效应且不够稳健。
上述研究结果显示臭氧短期暴露对人体血小板mtDNA甲基化以及心肌缺血存在显著影响，有力支持了此前针对臭氧污染短期暴露对心血管疾病（特别是急性心肌梗死）住院风险影响的流行病学研究结果。研究同时发现了干预措施（口服L-Arg补充剂）的保护作用。本研究证据为揭示臭氧短期暴露对不良心血管事件影响的潜在生物学机制并进行有效干预提供了重要科学依据。
公共卫生学院博士生姜云星、李鸽，助理教授陈娟、兰阳，天津大学副教授郭丽琼为本文的共同第一作者，公共卫生学院吴少伟教授为本文的通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.108533
