时间：2025-12-22 点击量：
“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室建造环境(BERL)课题组王祖琨博士在《PLoS ONE》期刊（JCR Q2）上发表了关于：金属颗粒物累积暴露导致地铁站工作人员炎症与氧化应激水平升高的研究论文。
一、题目
地铁站工作人员累积金属颗粒暴露引发的炎症反应增强与氧化应激水平升高
Increased inflammation and oxidative stress caused by accumulated metal particle exposure among metro station staff
二、作者
Zukun Wang1（王祖琨）, Junjie Liu1*（刘俊杰）, Yijun Song2*（宋毅军）, Mingyao Yao1（姚明瑶）, Shihao Wen1（文诗豪）, Wenzhe Shang1（商文哲）, Mingtong He1（何明桐）, Yushuang Wang1（王雨双）, Junjie He1（何俊杰）
1天津大学环境学院“室内空气环境质量控制”天津市重点实验室
2天津市中国医学科学院血液病医院血液病研究所细胞生态系统海河实验室、国家血液病临床研究中心、国家实验血液学重点实验室
三、研究亮点
l 确认地铁颗粒物富含铁、锰、铜、锌，金属浓度远高于室外环境。
l 揭示工龄五年以上的老员工体内炎症及氧化应激水平显著升高。
l 发现尿液生化指标与累计吸入的钼、镍等微量金属呈显著相关。
l 证实氧化潜能比质量浓度能更准确评估地铁颗粒物的健康风险。
四、摘要
地铁作为全球重要交通方式，列车运行在地下通风受限环境中产生富含重金属的颗粒物（PM），可能导致较高的人群暴露水平，但其健康危害证据仍有限。本研究采集天津三座地铁站74名工作人员的尿液样本，检测8-OHdG、IL-6、MDA、GSH和T-AOC水平，并同步采集
样本，采用ICP-MS分析金属组成及DTT法评估氧化潜力。结果显示，地铁站平均浓度为31.5±12.4 μg/m³，符合室内空气质量标准，Zn、Cu、Mn 和Fe浓度显著高于环境空气，提示金属颗粒暴露水平较高。资深员工尿液中8-OHdG、MDA 和 IL-6 水平均显著高于新员工，且与年龄无关；特征金属Mo和Ni与尿液IL-6及GSH水平呈显著相关性。尽管累积
质量浓度与多数生物标志物相关性较弱，颗粒物的累积氧化潜力与IL-6、8-OHdG、GSH及T-AOC均显著相关。研究表明，地铁站内长期金属颗粒物暴露可能诱导氧化应激和炎症反应，累积氧化潜力较质量浓度更能反映颗粒物的健康影响。
五、主要成果
1、地铁颗粒物呈现显著的活塞风驱动时空分布特征与高氧化潜能
研究深入量化了地铁站内空气质量的时空动态及其物理化学特性，证实了内部机械源的主导地位。
l 浓度时空波动：尽管
的平均质量浓度（
）大部分时间符合中国标准，但图2(a)显示，活塞风井的浓度在早高峰（7:00-10:00）和晚高峰（16:00-19:00）显著升高，最高达到 
，表明列车运行频率直接驱动了污染水平。
Fig 2. Hourly-averaged 
concentration and indoor/outdoor ratio in metro stations. (a) concentration
图2：地铁站点小时平均浓度及室内外比值：（a） 浓度
l 内部源主导验证：图2(b)展示了
的室内/室外（I/O）比值，该比值在绝大多数监测时段内
且随运营时间推移呈上升趋势，证实了地铁隧道内的活塞风是将高浓度颗粒物扩散至站台和站厅的主要动力。
Fig 2. Hourly-averaged concentration and indoor/outdoor ratio in metro stations. （b）Hourly-averaged indoor/out door (I/O) ratio of .
图2：地铁站点小时平均浓度及室内外比值：(b) 室内/室外（I/O）比值
l 高氧化潜能特征：图3(b)揭示了单位体积空气中颗粒物的氧化潜能（Oxidative Potential, 
）分布规律，显示出隧道 > 站台 > 站厅 > 室外的梯度特征。站台
和
的
分别为
和
，是室外环境背景值的1.4至1.8倍，表明地铁颗粒物具有比环境大气更强的生物化学活性。
Fig 3. Oxidative potential of PM. (b) PM per unit volume air.
图3：PM的氧化潜能：（b）单位体积空气的PM
2、确立了特征金属指纹及其与氧化活性的构效关系
研究通过高精度的化学组分分析，锁定了地铁颗粒物的高毒性来源，建立了化学成分与氧化潜能之间的直接联系。
金属极度富集与溯源：图4的箱线图详细展示了
和
中的元素浓度分布。研究发现室内Zn、Cu、Mn、Fe的浓度高达室外环境的10倍以上。通过与中国国家标准（GB/T 2585–2021）比对，确认了Fe、Mn、Cr等核心组分与热轧钢轨材料一致，证明轮轨摩擦、制动磨损是首要污染源。
Fig 4. Element concentration in PM. (a) (b) 
.
图4：PM的元素浓度：（a）（b）
关键毒性组分识别：通过线性混合效应模型分析，表 3列出了各金属元素与DTT氧化潜能的相关系数，结果表明，Fe (
), Mn (
), Cu (
) 与氧化潜能呈现极显著的正相关关系（
），这从化学机理上解释了为何地铁颗粒物具有高氧化活性——这些过渡金属是芬顿反应的高效催化剂，能诱导活性氧的爆发性生成
表3：元素与PM氧化潜能的相关系数
l 致癌风险预警：文中讨论部分指出，站台区域的 Co（钴） 浓度已超过美国EPA IRIS数据库设定的致癌风险阈值（
），且 Cr（铬） 也表现出高风险特征，提示了除氧化损伤外的潜在致癌隐患。
3、证实长期职业暴露诱导的全身性氧化损伤与免疫炎症
本研究利用生物监测手段，在活体水平上证实了地铁环境对长期作业人员造成的亚临床健康损害。
l 工龄相关的生物效应：图 5展示了新员工（工龄<5年）与老员工（工龄≥5年）之间生物标志物的显著差异。老员工尿液中的8-OHdG（DNA氧化损伤金标准）和MDA（脂质过氧化产物）水平显著升高，表明长期暴露导致了累积性的细胞损伤。
l 抗氧化防御耗竭：同样在图 5中，老员工的 T-AOC（总抗氧化能力）显著低于新员工，GSH（还原型谷胱甘肽）水平亦呈下降趋势，反映了机体抗氧化防御系统在应对持续外源性氧化压力时的消耗与失代偿。
l 系统性炎症反应：图 5中 IL-6（炎症因子）在老员工群体中的显著升高（
），提示地铁颗粒物暴露不仅引起氧化应激，还诱发了全身性的微炎症状态，这是心血管疾病等慢性病的早期病理基础。
Fig 5. Comparison of urinary biomarkers between new (length of service < 5 years, N = 34) and senior employees (length of service ≥ 5 years, N = 40).
图5：新员工（服务年限< 5年，N = 34）与老员工（服务年限≥5年，N = 40）尿液生物标志物比较
4、提出并验证了基于累积氧化潜能的健康风险精准评价模型
研究挑战了仅依赖颗粒物质量浓度的传统评价模式，提出了一种更符合毒理学机制的风险评估新策略。
l 质量浓度的局限性：研究发现，尽管的质量浓度波动较大，但其累计暴露量与除IL-6以外的生物标志物无显著统计学相关性。
l OP指标的优越性：图 6展示了显著的回归分析结果：累积氧化潜能暴露量（Accumulated 
exposure）与尿液中的 IL-6, 8-OHdG, GSH, T-AOC 均呈现出极显著的线性相关，这有力证明了以 DTT 法测定的氧化潜能可以作为生物有效剂量的替代指标，比单纯的质量浓度更准确地预测健康效应。
Fig 6. Significant linear association of biomarkers with accumulated oxidative stress from PM2.5 exposure. (a) IL-6, (b) 8-OHdG, (c) GSH, (d) T-AOC.
图6：生物标志物与PM2.5暴露累积氧化应激的显著线性关联：(a) IL-6, (b) 8-OHdG, (c) GSH, (d) T-AOC
微量元素的特异性影响：表 4进一步细化了具体金属的健康影响。分析显示，尿液中 IL-6 的升高与 Ga, Mo, Ni, Sn 的累积暴露量呈显著正相关，而 GSH 的减少与 Mo 的暴露呈显著负相关，这为建立基于特征污染物的职业健康防护标准提供了数据支撑。
表4：IL-6和GSH与员工累积金属暴露在与工龄平衡后有显著的线性关系
六、结论
本研究表明，地铁站颗粒物污染以富含金属的颗粒物（PM）为主要特征，长期暴露可能诱导地铁站工作人员的氧化应激与炎症反应。Fe、Mo、Ni和Mn被识别为地铁站颗粒物（PM）的特征金属元素，新入职员工的尿液8-OHdG、MDA和IL-6水平显著高于工龄超过5年的员工，提示早期暴露对机体氧化应激和炎症状态具有明显影响。多种金属元素（Co、Mo、Ni、Sn、Ga 和 Pb）与尿液炎症及抗氧化指标呈显著相关，而累积
质量浓度除IL-6外与其他生物标志物未表现出显著相关性，表明仅以质量浓度难以充分反映其健康风险。相比之下，基于DTT方法评估的
累积氧化潜能与多种炎症和氧化应激生物标志物显著相关，说明氧化潜能能够更好地整合颗粒物粒径与化学组成的综合效应，成为地铁站颗粒物健康效应评价及管控中优于质量浓度的关键指标。
致谢：本研究获得国家重点研发计划（项目编号：2022YFC3702803）和天津市自然科学基金（项目编号：21JCZDJC00560）资助。
引用格式：Wang Z, Liu J, Song Y, Yao M, Wen S, Shang W, et al. (2025) Increased inflammation and oxidative stress caused by accumulated metal particle exposure among metro station staff. PLoS One 20(12): e0337592. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0337592
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稿件编辑：王祖琨
稿件审核：刘俊杰、田媛
