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美国华盛顿大学医学院最新研究: 糖尿病与“呼吸”有关

发布时间:2018-08-30 13:08:09   来源:    浏览次数:306

原标题:《美国华盛顿大学医学院最新研究:糖尿病也许是“吸”进来的!》

◎沈川

【深吸一口气,再缓缓呼出,如果你居住在某个地方,这一次深呼吸很可能拉近你与糖尿病的距离,也没准导致你体内的某些基因发生变异。“看不见摸不着的空气污染”会让人得糖尿病或者产生基因变异?这听起来似乎很荒唐。然而,最近的一些研究却发现这些说法不无道理。研究表明,基因变异未必是“娘胎里带来的毛病”,更可能是“生活在哪里”所致。那么,这些研究的证据是否充分?】

研究表明,基因变异未必是“娘胎里带来的毛病”,更可能是“生活在哪里”所致。

320万糖尿病新增案例拜PM2.5所赐?

糖尿病每年致全球数百万人早逝,是世界上“成长最迅速”的疾病之一,医学界普遍认为这与先天遗传、饮食及久坐不动的生活状态等因素有关。然而人们可能没想到,小小的空气污染物PM2.5,也会助长糖尿病的嚣张气焰。据国际期刊《柳叶刀行星健康》2018年7月号报道,美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院发布最新研究:2016年全球新增的糖尿病患者当中,约有14%是PM2.5所害,两者呈现“强烈相关性”。该文直指“全球公共卫生体系在防治糖尿病方面可能存在巨大漏洞”。

密苏里州圣路易斯华盛顿大学医学院研究人员与美国退伍军人事务部临床流行病学中心的科学家,检视了美国近173万个退伍军人的健康数据,这些军人无糖尿病史。研究人员对他们从2003年到2012年(或者到研究对象死亡时为止)平均跟踪调查了8.5年,再拿美国环保署(EPA)发布的空气质量数据比对,利用全球性数据库——“全球疾病负担”开发模型,去除了年龄、性别、体重、经济状况、既往病史等十多项因素的影响后,推算出2016年全球糖尿病新增患者中,约有320万例拜PM2.5所赐,占糖尿病总患病数的14%,因PM2.5致死的有20.6万人,数量惊人。为保证研究的准确性,研究人员还拿来美国宇航局(NASA)的PM2.5数据(通过卫星遥感获取),再次进行比对,结果与之前得出的一致。

研究人员推算出2016年全球糖尿病新增患者中,约有320万例拜PM2.5所赐。

该研究发现,PM2.5浓度在2.4〜5.9微克/立方米时,人体暴露其中就可能引起糖尿病患病风险,而这个浓度其实低于世界卫生组织(WHO)提供的10微克/立方米和美国环保署的12微克/立方米的安全指导线。该研究的作者之一指出,许多产业游说团体认为现在的空气质量标准过于严格,应该放宽,但这一研究显示,目前世卫组织和美国的标准仍不足以保证安全,必须从严修改。

PM2.5浓度在2.4至5.9微克立方米时,人体暴露其中就可能引起糖尿病患病风险。

具体而言,PM2.5浓度在5〜10微克/立方米时,约有21%的美国老兵容易患上糖尿病;在11.9〜13.6微克/立方米的范围内,有24%的老兵会得糖尿病。这3%的差距看似很小,却相当于每年每10万人中新增5000〜6000名糖尿病患者。

由于人口增长、工业化进程加剧等因素,越来越多人处于空气污染之中,1990年〜2015年,全球人口平均PM2.5暴露值从39.7微克/立方米增长到44.2微克/立方米,增幅高达11.2%。

1990年〜2015年,全球人口平均PM2.5暴露值从39.7微克/立方米增长到44.2微克/立方米

从地区分布来看,中美洲、北非、中东、撒哈拉沙漠以南、南亚和东南亚因PM2.5引起的糖尿病负担较高,加拿大、格陵兰岛、中欧、东欧、中亚、俄罗斯、澳大利亚、新西兰等地相应的患病负担较轻。还有其他流行病学研究也显示,PM2.5可能是当今2型糖尿病高患病率的环境风险因素之一。

2013年,加拿大国有组织“安大略公共卫生”研究者等,对生活在加拿大安大略的62012名35岁以上的非糖尿病成人开展队列研究。结果表明,长期暴露于空气污染中,PM2.5每增加10微克/立方米,研究对象糖尿病发病的危险度增加1.11倍。

2013年,美国密歇根大学布鲁克等人对加拿大210万名25岁以上的成年人进行普查,发现PM2.5每增加10微克/立方米,糖尿病的发病风险增加1.49倍。长期暴露于PM2.5,哪怕是较低的浓度,也与患糖尿病致死风险呈正相关。

自此以后,相继出现了一系列针对PM2.5和糖尿病关系的流行病学研究,涉及多个年龄段、人种、性别和职业,但PM2.5的暴露量都与糖尿病风险呈“高度正相关”,哪怕浓度很低。

复旦大学公共卫生学院有研究指出,PM2.5粒径小,活性大,易吸附多种有害物质,通过激活某些信号途径引起胰岛素靶组织的氧化应激和炎症反应,线粒体(细胞的能量工厂)功能失调,发生胰岛素抵抗(脂肪细胞、肌肉细胞和肝细胞需要高于正常水平的胰岛素浓度才能产生反应),使机体出现糖代谢紊乱,从而引发糖尿病或使病情加重。

PM2.5粒径小活性大,易吸附多种有害物质,通过激活某些信号途径引起胰岛素靶组织的氧化应激和炎症反应

基因变异与空气污染关系的重磅研究

“导致基因变异”是空气污染的另一宗罪。英国《自然·通讯》杂志前阵子刊登的一项研究证实,PM2.5、二氧化氮和二氧化硫,会通过影响心血管代谢和呼吸相关的基因表达而引发相应病变。该研究让人们意识到,空气污染对个体基因表达的影响远大于遗传基因的影响。

PM2.5、二氧化氮和二氧化硫,会通过影响心血管代谢和呼吸相关的基因表达而引发相应病变。

DNA分子中的每个基因都会发出“指令”,影响蛋白质的形成,进而影响细胞作用的发挥。现代基因学之父格雷戈尔·孟德尔发现,花朵中有一种基因能够控制某种蛋白质的形成,而这种蛋白质能给花瓣着色。基因经过转录、翻译,产生具有特异生物学功能蛋白质分子的过程,被称为“基因表达”。基因表达出现错误,就可能导致疾病。最近热映电影《我不是药神》中的“主角”格列卫,对治疗慢性粒细胞白血病疗效好,而这种病是由名为“酪氨酸激酶”的蛋白质引起的,它是基因突变的产物,会给其他正常细胞乱发指令。

揭示环境因素对基因组的作用,是现代基因组学和预防医学的主要挑战。为揭示基因和环境因素对慢性疾病尤其是癌症的影响,为早期干预和治疗奠定基础,2008年起,加拿大政府投资创设了“加拿大明天合作计划”(CPTP),30〜74岁的加拿大人每70人就有一人加入该项计划。这个加拿大规模最大的精准医药行动,目前汇集了31.5万加拿大人的700多项数据,包括以往健康信息和各种环境暴露因素,希望在基因突变风险发生前采取预防措施,这和我国传统医学“治未病”的理念不谋而合。

目前CPTP包括5个区域性子计划,涉及8个省,魁北克省的“卡塔基纳”(CARTaGENE)子计划是其中之一,目前参与者超过4万人。“卡塔基纳”子计划由加拿大安大略癌症研究所菲利普·阿瓦达拉领衔的13人研究团队主导,对生活在魁北克省3座城市的1007位受试者展开分析。这3座城市分别是人口密度4500人/平方公里、城市化水平较高的蒙特利尔,人口密度1140人/平方公里的较小规模城市魁北克市,以及城市化程度较低、人口密度仅有800人/平方公里的小城萨格奈拉克圣尚。

受试人群由40至70岁的男女组成,他们将相关信息提供给“卡塔基纳”的生物标本和健康数据存储基地,包括血压、血细胞数量、血糖水平、心血管功能状态以及既往病史,以及吸烟、饮酒和体育活动等个人生活习惯信息。他们还要报告周边环境的信息,比如与公共绿地之间的距离、居住历史、暴露于紫外线的程度等。这项研究,分析了包括生物标本、健康问卷和环境因素在内的超过160万个数据,成为“有史以来最大规模的一次同类研究”。

基因变异:环境影响大过遗传因素

初步实验结果显示,具有相同祖系基因、生活在不同地区的人,在基因表达上存在显著差异;而生活在同一地区、祖系基因不同的人,在所有对比项目中其基因表达几乎不存在任何差异。基因变异集中于3类基因,它们主要负责控制氧气交换、炎症反应和G蛋白偶联受体等。G蛋白偶联受体包括一大类数量可观的蛋白质,直接影响细胞对外界刺激做出反应,是精准药物治疗非常重要的目标之一。这项研究表明,基因变异未必是“娘胎里带来的毛病”,更可能是“生活在哪里”所致。

具有相同祖系基因、生活在不同地区的人,在基因表达上存在显著差异。

二氧化硫致170种基因变异

研究者发现,受试者的单核白细胞数、低密度脂蛋白、呼吸功能以及肝酶、天门冬氨酸转氨酶、谷氨酰转肽酶等指标,与居住环境的二氧化硫、臭氧浓度存在最密切的相关性。

其中,二氧化硫对心血管功能产生的破坏性影响,比二氧化氮和臭氧更高。空气中的臭氧含量往往会随日照和其他氮氧化物的含量变化而发生波动,不可控因素更多,相较而言,二氧化硫与基因变异之间的重复性研究更加便于开展。基于这些因素考虑,研究人员随后运用高通量基因分析手段(一次可分析多个样品或对同一样品进行多种分析),针对二氧化硫开展为期两周的相关性测试。

二氧化硫对心血管功能产生的破坏性影响,比二氧化氮和臭氧更高。

经过分析,研究人员确信,受试者有170个基因变异与两周内接触二氧化硫的状况有紧密联系,这些变异集中影响人的肺活量、肺部疾病、肝酶和动脉硬化情况,而与受试者的患病史、是否吸烟、社会经济状况等绝大多数环境因素联系较少或根本无关。研究人员接下来的分析发现,空气污染物(主要指PM2.5、二氧化氮、臭氧和二氧化硫)会促进基因突变向高血压、动脉硬化、哮喘甚至是某些癌症等临床病变转化。

空气污染物会促进基因突变向高血压、动脉硬化、哮喘甚至是某些癌症等临床病变转化。

研究团队表示,此次研究运用大数据分析环境与基因之间的关系,对于因工业化而导致空气污染较重的东南亚等地区,有十分重要的现实意义。他们还呼吁全球科研人员能够充分利用CPTP提供的数据库,共同推动从基因层面对疾病加以预防与治疗。目前, CPTP有限度地向各国研究人员开放了人口队列研究数据和生物样本库。

运用大数据分析环境与基因之间的关系,对于因工业化而导致空气污染较重的东南亚等地区,有重要现实意义。

空气污染对人体有这么大的危害,除了随时准备戴上口罩之外,源头减排才是正解。比如哥伦比亚已将参加体育运动的权利写进宪法,首都波哥大始于1974年的“给自行车和行人让道”项目(The Ciclovía)已成每周惯例:所有车行道路在周二、周四的晚上,周日的上午和公共节假日对机动车禁行,让经常处于尾气排放污染之中的道路安静下来,变成行人和自行车爱好者的运动场。活动成本主要由波哥大政府买单,而好处则是由于体质增强、污染减少,该国居民死亡人数下降了30%。

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责编:叶晓婷

网编:吴燕芳