1990—2021年全球及中美两国归因于空气污染的肺癌疾病负担及变化趋势分析

摘  要

目的　系统分析1990—2021年全球及中美两国归因于空气污染的气管、支气管和肺癌（tracheal，bronchus，and lung cancer，TBL）疾病负担的时空分布特征与流行病学趋势，并基于预测模型评估2022—2031年疾病负担变化规律，为制定针对性的TBL防控策略提供科学依据。方法　基于全球疾病负担（global burden of disease，GBD）2021数据库，分析全球及中美两国1990—2021年归因于空气污染的TBL疾病负担数据，利用R Studio 4.3.2软件分析相应的变化趋势，并通过贝叶斯年龄-时期-队列（Bayesian age-period-cohort，BAPC）预测模型预测2022—2031年全球和中美两国归因于空气污染的TBL疾病负担状况。结果　2021年，归因于空气污染的TBL死亡数和伤残调整寿命年数最高的国家是中国（21.14万例和489.47万人年），其次是美国（0.60万例和12.43万人年）。全球和中美两国归因于空气污染的TBL年龄标准化死亡率（age-standardized mortality rate，ASMR）和年龄标准化伤残调整寿命年率（age-standardized disability-adjusted life years rate，ASDR）呈下降趋势。1990—2021年中国归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR远高于美国和全球平均水平。从性别上看，1990—2021年全球和中美两国归因于空气污染的TBL男性患者的疾病负担远高于女性患者。BAPC预测模型显示，2022—2031年全球归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR呈上升趋势，中美两国呈下降趋势。结论　近30年全球及中美空气污染相关TBL疾病负担持续下降，但中国仍显著高于全球平均水平。男性的疾病负担远超女性，男性及≥50岁群体为高危人群。未来10年全球疾病趋势或逆转上升，而中美有望连续下降，但针对高危人群的精准防控仍是关键挑战。

正  文

肺癌作为全球公共卫生领域的重大挑战，其流行病学特征呈现显著的双重负担：根据国际癌症研究机构最新统计，该疾病2022年位居全球癌症发病例数和死亡例数的首位。2022年全球流行病学数据显示，气管、支气管和肺癌（tracheal，bronchus，and lung cancer，TBL）新发病例达248.03万例，死亡病例达181.72万例，其发病率和死亡率在全球范围内居高不下[1]。值得注意的是，中美两国的年龄标准化死亡率（age-standardized mortality rate，ASMR）均显著超过全球平均水平[2]。根据既往研究[3-5]报道，TBL的主要危险因素包括烟草暴露、空气污染、职业风险、不良饮食习惯及高糖摄入等，其中，烟草暴露被公认为首要的致病因素，而空气污染则以15.10%的死亡率贡献率成为第二大危险因素。特别值得警惕的是，近10年来空气污染相关TBL的ASMR呈现显著上升趋势[6]。这些数据表明，中美两国空气污染相关TBL的疾病负担尤为沉重，其防控工作仍面临严峻挑战，亟需采取有效的公共卫生干预措施。

1 资料与方法

1.1   数据来源

本研究采用全球疾病负担研究（global burden of disease，GBD）2021数据库，该数据库由华盛顿大学健康指标与评估研究所（IHME）牵头，联合全球1500余个科研机构共同构建，覆盖204个国家/地区、21个年龄组、1990—2021年时序数据。其疾病谱系涵盖三大类共369种疾病（包括传染病、非传染性疾病和创伤），危险因素体系整合环境暴露（如PM2.5）、行为风险（如吸烟）及代谢异常（如高体重指数）等87类致病因子[7]。本研究提取了1990—2021年全球和中美两国归因于空气污染的TBL死亡数和伤残调整寿命年（disability-adjusted life years，DALYs）及其对应的ASMR和年龄标准化伤残调整寿命年率（age-standardized disability-adjusted life years rate，ASDR）等数据。分析了不同国家、性别、年龄段的疾病负担和变化趋势。风险因素是指长期接触暴露，可能会诱发相关癌症的物理、化学或生物因素。社会人口学指数（socio-demographic index，SDI）是衡量每个地区的人均收入、教育程度和总生育率的指标，指数越高表示社会人口发展越好[8]。

纳入1990—2021年GBD数据，按性别、年龄（≥50岁为重点人群）和地区（中美两国及全球平均水平）进行分层分析。年龄分段标准为：<20岁，20～24岁、25～29岁、30～34岁、35～39岁、40～44岁、45～49岁、50～54岁、55～59岁、60～64岁、65～69岁、70～74岁、75～79岁、≥80岁。

1.2   贝叶斯年龄-时期-队列预测模型

本研究基于GBD 2021数据库1990—2021年时序数据，采用贝叶斯年龄-时期-队列（Bayesian age-period-cohort，BAPC）预测模型，系统评估全球及中美两国归因于空气污染的TBL疾病负担趋势[9]。关键参数设置如下，先验分布：年龄、时期和队列效应采用二阶随机游走先验（RW2）；似然函数：泊松分布用于计数数据建模；预测年限：2022—2031年（10年预测期）；平滑控制：通过马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）算法优化，设置100000次迭代，前20%作为燃烧期；不确定性评估：报告95%可信区间（confidence interval，CI），基于后验分布的第2.5%和97.5%百分位数。

1.3   统计学分析

死亡数、DALYs、ASMR、ASDR和估计的年度变化百分比（estimated annual percentage change，EAPC）等数据用于衡量空气污染引起的TBL疾病负担，EAPC及95%CI>0时，表明ASMR或ASDR存在上升趋势，反之说明存在下降趋势[10]。

2 结果

2.1   1990—2021年TBL的风险因素

1990—2021年，全球及中美两国TBL的前三大风险因素分别是烟草、空气污染和职业致癌物。1990—2021年，全球及中美两国与空气污染相关的TBL的ASMR逐年下降，其中美国的下降尤为明显（图1）。

图1　1990—2021年TBL的风险因素面积图

a：全球；b：中国；c：美国；ASMR：年龄标准化死亡率；TBL：气管、支气管和肺癌。

2.2   2021年归因于空气污染的TBL疾病负担趋势

全球和中美两国归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR呈下降趋势。全球范围内，归因于空气污染的TBL的ASMR从6.39/10万下降至4.34/10万，EAPC为−1.28［95%CI（−1.37，−1.20）］；归因于空气污染的ASDR从165.53/10万下降至102.08/10万，EAPC为−1.60［95%CI（−1.70，−1.51）］。在中国，归因于空气污染的TBL的ASMR从13.56/10万下降至10.11/10万，EAPC为−0.97［95%CI（−1.09，−0.90）］；归因于空气污染的ASDR从336.30/10万下降至226.50/10万，EAPC为−1.30［95%CI（−1.40，−1.22）］。而美国归因于空气污染的TBL的ASMR从4.88/10万下降至0.99/10万，EAPC为−4.90［95%CI（−5.09，−4.68）］；归因于空气污染的ASDR从123.11/10万下降至21.45/10万，EAPC为−5.36［95%CI（−5.55，−5.14）］；见表1～2。

2021年，中国归因于空气污染的TBL的死亡数和DALYs数最高（21.14万例和489.47万人年），其次是美国（0.60万例和12.43万人年）。基于此我们进一步分析中美两个国家在归因于空气污染的TBL疾病负担方面的差异，旨在为归因于空气污染的TBL防治提供策略帮助。

2.3   中美两国与全球平均水平比较

1990—2021年全球和中美两国归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR均呈持续下降趋势（EAPC值均<0），中国ASMR和ASDR高于全球平均水平，美国ASMR和ASDR低于全球平均水平，美国ASMR和ASDR的下降幅度远高于全球平均水平和中国；见表1～2。1990—2021年中国归因于空气污染的TBL疾病负担远高于全球平均水平和美国。

2.4   不同性别、年龄段的比较

从性别上看，1990—2021年，全球和中美两国归因于空气污染的TBL男性患者的ASMR和ASDR均高于女性。

2021年全球范围内及中国与美国两国数据显示，归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR在50岁以上年龄组达到峰值。从性别差异维度分析，各年龄组男性在ASMR、ASDR、死亡率及DALYs率等核心健康指标上普遍显著高于女性群体。值得关注的是，美国出现性别差异的例外情况：≥80岁老年女性TBL患者的ASMR和ASDR反超男性患者。从性别比例分布特征来看，美国呈现全球最小的性别差异比值，而全球整体性别差异最为显著。

全球、中国和美国归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR均呈现随年龄增长而增长的趋势（图2）。

图2　2021年不同性别、年龄段的比较

a～c：分别为全球、中国和美国不同性别、年龄段的ASMR比较；d～f：分别为全球、中国和美国不同性别、年龄段的ASDR比较；ASMR：年龄标准化死亡率；ASDR：年龄标准化伤残调整寿命年率。

2.5   BAPC模型预测2022—2031年疾病负担

预测分析显示，美国TBL的ASMR和ASDR下降趋势最明显，中国次之，全球呈上升趋势。至2031年，全球归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR分别由2021年的4.34/10万和102.08/10万上升至4.73/10万和104.37/10万；中国分别由2021年的10.11/10万和226.50/10万下降至9.22/10万和193.22/10万；美国分别由2021年的0.99/10万和21.45/10万下降至0.41/10万和5.22/10万（表3，图3）。

图3　2022—2031年ASMR和ASDR的BAPC预测模型

a～c：分别为全球、中国和美国ASMR预测；d～f：分别为全球、中国和美国ASDR预测；ASMR：年龄标准化死亡率；ASDR：年龄标准化伤残调整寿命年率；BAPC：贝叶斯-年龄-时期队列。

３ 讨论

中美两国TBL患者的死亡风险与多种环境及行为因素显著相关，其中烟草暴露仍是最主要致病因素，而空气污染（包括环境PM2.5和室内燃料燃烧产物）与职业致癌物暴露共同构成重要危险因素。值得注意的是，在低SDI地区，室内外空气污染对TBL疾病负担的贡献率尤为突出，可能成为该区域TBL发病的主导因素[11]。全球空气质量的持续恶化导致与空气污染相关的肿瘤负担越来越重，而空气污染作为TBL的第二大风险因素，需要建立基于风险分层的防治体系，重点加强高危人群和重点地区的防控力度[12-13]。1990—2021年，中美两国归因于空气污染的TBL死亡数和DALYs数分别居世界的第一和第二位（中国：21.14万例和489.47万人年；美国：0.60万例和12.43万人年）。1990—2021年全球和中美两国归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR呈逐年下降趋势（EAPC值均<0），该发现进一步支持了我们构建的TBL多因素致病模型的有效性。1990—2021年，中国空气污染相关TBL疾病负担显著高于全球平均水平及美国，尽管中国通过1996年出台《大气污染防治法》、2013年实施《大气污染防治行动计划》等一系列政策和举措减轻了一部分地区的空气污染相关疾病负担[14-15]，但由于吸烟与污染协同作用（烟草燃烧释放PM2.5以及环境烟草烟雾的持续污染[16]）、职业安全防护缺口（中国和印度纺织厂中，未配备呼吸防护工具的工人TBL发病率达32.5/10万，是对照组的2.8倍[17]）、低SDI地区大力发展工业造成工业化污染加剧，以及基于中国庞大人口基数下的空气污染相关TBL的高死亡数和高DALYs[18]，中国空气污染相关的TBL疾病负担仍显著高于发达国家。美国归因于空气污染的TBL疾病负担低于全球平均水平，且1990—2019年美国归因于空气污染的TBL疾病负担呈持续下降趋势，这与美国近年持续施行的《清洁空气法》、能源结构转型和交通排放控制保持的较低空气污染水平相关[11,19]。

本研究显示，1990—2021年全球和中美两国归因于空气污染的男性TBL患者的疾病负担远高于女性。空气污染是呼吸道恶性肿瘤的第二大危险因素，在发展中国家，由于缺乏有效的空气污染控制措施以及大力发展重工业，空气污染现象仍然很常见，导致TBL发病率和死亡率增加[20]。其次，男性TBL患者的空气污染接触及暴露几率也高于女性（男性可能从事高污染暴露的职业，长期接触工业废气、粉尘等），此外男女吸烟率的明显差异可能会导致高吸烟率的男性呼吸系统更容易受损，男女之间的激素差异和遗传易感性也可能是导致男性TBL患者高死亡率的原因[21-23]。PM2.5可通过血液进入全身系统，男性可能因睾酮促进炎症反应和氧化应激，加剧呼吸道损伤，女性雌激素通过增强抗氧化酶活性和抑制促炎因子释放而对肺部炎症有一定保护作用[24–25]。有研究[26]表明，男性表达更高水平的促炎基因，男性携带的CYP1A1和CYP1B1基因多态性可能增强污染物代谢为致癌物的能力，增加TBL疾病风险。流行病学数据显示，2021年全球≥50岁群体持续表现出归因于空气污染的TBL高死亡率及高DALYs负担。这种现象可能与该人群长期暴露于多重环境危险因素、随年龄增长的生理机能衰退以及免疫系统功能下降存在显著关联[27]。年龄增长是影响该类患者预后的独立危险因素[28–29]。鉴于中美两国正在经历快速人口老龄化进程，建议从公共卫生体系构建层面采取针对性干预策略：其一，建立基于社区的中老年呼吸系统疾病监测网络，完善空气污染暴露人群的早期筛查机制；其二，开发年龄特异性健康干预方案，重点加强PM2.5等空气污染物防护知识普及；其三，在临床诊疗指南中纳入老年TBL患者的免疫调节治疗方案，通过多维度防控措施降低疾病负担[30]。

1990—2021年，全球和中美两国归因于空气污染的TBL疾病负担呈下降趋势。然而，基于BAPC模型的预测显示，2022—2031年全球归因于空气污染的TBL的ASMR和ASDR将呈上升趋势，而中美两国的相应指标预计持续下降。这一差异表明，中美两国在空气污染相关TBL的防控方面已取得显著成效，这可能得益于更严格的空气质量监管、公共卫生干预及医疗体系优化。但由于庞大的人口基数及加速老龄化，空气污染相关TBL的疾病负担仍不容忽视[30]。全球范围内ASMR和ASDR的上升趋势可能与空气污染持续恶化相关，尤其是低收入国家工业化和城市化进程中的PM2.5、NO2等污染物排放增加，导致呼吸系统疾病及肿瘤负担加重。这一现象凸显了全球协同治理空气污染的紧迫性[31]。因此，全球和中美两国需进一步优化针对性防控策略，包括：（1）加强高危人群（如老年、慢性呼吸系统疾病患者）的长期健康监测；（2）推动区域性空气污染精准治理（能源结构转型和污染排放控制）；（3）完善早期筛查与干预体系，以最大程度降低空气污染对健康的影响。

综上所述，尽管1990—2021年中美两国归因于空气污染的TBL疾病负担呈下降趋势，但其全球健康影响仍不可忽视。预测显示，未来10年两国负担将进一步降低，但庞大人口基数与快速老龄化将持续加剧防控压力。需通过强化空气污染治理、健康干预及早期诊疗，尤其针对中老年高危人群，以有效降低疾病负担。在数据层面，受限于现有数据库的覆盖范围，我们无法对不同地理区域和国家的疾病负担差异进行更细致的空间异质性分析。在暴露评估方面，由于各类空气污染源（包括烟草烟雾、PM2.5和室内燃料燃烧）存在复杂的混合暴露特征，导致难以准确量化各污染源的独立健康效应。虽然GBD 2021数据库疾病覆盖全面、样本量大，但需要指出的是，其模型推算数据可能无法完全反映局部地区的实际情况，加之数据更新存在时滞效应，因此对2022—2025年的预测结果应持审慎解读态度。

利益冲突：无。

作者贡献：胡守财负责数据采集与统计分析；杨成龙和张领领共同完成研究方案设计与论文撰写；李富承担原始数据收集工作，并参与论文审阅与修订；张亚楠和刘斌负责英文文本修改完善及辅助数据分析；李庆新主导研究框架构建并负责最终文稿审校。