撰稿 / 朱舢樺（科學推展中心執行編輯）
審訂 / 詹大千研究員（中央研究院人文中心）
隨著都市化與工業化發展，人口集中、交通運輸增加及能源需求上升，使空氣污染暴露成為現代社會重要的環境健康議題。中央研究院人文社會科學研究中心詹大千研究員與與國家衛生研究院國家高齡醫學暨健康福祉研究中心王世亨副研究員、鄭奇浲博士、吳其炘醫師利用全面且互補的統計分析方法，評估空氣污染物對表觀遺傳衰老的影響，發現長期暴露於空氣污染物中（特別是 PM2.5 和 PM10）與表觀遺傳衰老加速呈顯著相關。本研究於 2026 年發表於國際知名期刊《Journal of Hazardous Materials》。
利用表觀遺傳時鐘量化生物年齡
衰老會導致生理與心理適應能力逐漸下降，進而增加罹患疾病的風險，並提高死亡率。表觀遺傳變化是衰老的重要機制之一，意指在不改變 DNA 序列的情況下調控基因表現。其中，DNA 甲基化是常見的表觀遺傳變化機制之一。近年來，開發的表觀遺傳時鐘，即是透過分析 DNA 上特定 CpG 位點的甲基化模式，精確的量化生物年齡（biological age），評估生物老化程度。生物年齡與實際年齡之間的差異（即表觀遺傳衰老加速），可作為評估外部暴露對健康影響的重要生物標記，並有助於探討環境因素對衰老過程的調控。
研究團隊使用 Horvath、BLUP（Best Linear Unbiased Predictor）以及 EN（Elastic Net）三種表觀遺傳時鐘。Horvath 時鐘是第一代表觀遺傳時鐘，而近年開發的 BLUP 時鐘和 EN 時鐘則是基於機器學習方法開發而來，並整合更多 CpG 位點的甲基化資訊。本研究為首次將由機器學習方法衍生出的表觀遺傳時鐘應用於環境暴露研究，BLUP 時鐘和 EN 時鐘所採用的演算法與 Horvath 時鐘有本質上的不同，因此能夠補足過去多時鐘研究可能未能捕捉的敏感度差異。
空氣汙染與表觀遺傳衰老加速的關聯
過往研究顯示 PM2.5、NO2 和 O3，會透過穿透呼吸系統和皮膚來誘發氧化壓力與發炎反應，從而加速系統性的衰老過程。然而，多種空氣污染物之間的交互作用及其對表觀遺傳衰老的綜合影響尚未得到充分探討。
本研究使用台灣人體生物資料庫的2462參與者數據進行分析，評估六種主要的空氣污染物，包括 PM2.5、PM10、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）和臭氧（O3）對表觀遺傳衰老的影響。
單一污染物暴露分析顯示，PM2.5 與 PM10 與表觀遺傳老化在三種表觀遺傳時鐘皆呈顯著正相關，相較之下，氣態污染物（CO、NO2、O3與SO2）與表觀遺傳老化並未呈現顯著關聯。
研究團隊進一步探討 PM2.5 與其他污染物共同暴露下的影響，除了與 NO2 共同暴露時外，PM2.5 對 EN 時鐘的影響在所有情況下都維持統計學上的顯著性。此外，並未發現污染物之間具有統計學上顯著的交互作用，顯示 PM2.5 對衰老的影響可能無需仰賴與其他污染物的協同作用，便能產生獨立的生物學影響。
利用gWQS分析揭示空氣污染物的整體影響
為了解決同時分析多個空氣污染物時所產生的多重共線性（multicollinearity）問題，並評估空氣污染物的累積暴露效應，本研究採用gWQS分析，各個汙染物的權重如圖一（上至下分別採用 Horvath 時鐘、BLUP 時鐘、EN 時鐘）。
所有空氣污染物的加權和與三種表觀遺傳時鐘皆顯示出顯著的關聯。其中，在 Horvath 時鐘及EN時鐘，PM2.5 皆占了最高的權重，分別為 76.8% 與 75.8%；在 BLUP 時鐘，PM10 的權重最高（47.7%），其次是 PM2.5（28.7%）。氣態污染物（CO、NO2、O3與SO2）在三種表觀遺傳時鐘中的權重皆相當低，顯示懸浮微粒是影響生物年齡的主要污染物。此外，即使在多污染物模型中，PM2.5 仍然是重要的貢獻因子，進一步支持其在影響表觀遺傳變化扮演關鍵角色。
值得注意的是，不同的表觀遺傳時鐘對不同粒徑範圍的懸浮微粒呈現出不同的敏感性。其中，BLUP 時鐘主要反映 PM10 的影響，而 Horvath 時鐘與 EN 時鐘則主要受到 PM2.5 的影響，顯示時鐘的演算法決定了其對環境的反應。此為首次針對不同時鐘對環境污染物的敏感性進行系統性探討。研究團隊指出，此敏感性差異可能與不同粒徑的顆粒物在暴露生物學（exposure biology）上的特性有關，PM10 通常會先沉積在上呼吸道，而 PM2.5 則能穿透至肺泡深處並轉移至全身。然而，影響不同時鐘的反應的生物學機制仍有待釐清。
本研究結果有助於釐清空氣污染影響人體健康的生物學機制，並揭示了制定環境政策的重要性。
圖1 研究架構。左：本研究所分析之六種主要的空氣污染物。中：研究所採用之三種表觀遺傳時鐘及台灣人體生物資料庫。右：gWQS分析結果。
參考資料
Cheng, C. F., Wu, C. S., Chan, T. C., & Wang, S. H. (2026). Air pollution and accelerated epigenetic aging: Evidence from multiple epigenetic clocks in the Taiwan Biobank. Journal of Hazardous Materials, 140852. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.140852
