發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 10:10

【摘要】： 顆粒物、臭氧、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和鉛這6種污染物被美國環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency，EPA)定義為常見污染物，也被稱為標(biāo)準(zhǔn)污染物。其中顆粒物和臭氧是對(duì)人類健康威脅最普遍的兩種，而顆粒物又因其復(fù)雜的組成成分以及多樣的毒作用機(jī)制，受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。一般來說，顆粒物可以依據(jù)其粒徑的大小，分為總懸浮顆粒物、可吸入顆粒物、細(xì)顆粒物和超細(xì)顆粒物四種。細(xì)顆粒物，即PM_(2.5)，是指空氣動(dòng)力學(xué)等效直徑≤2.5μm的顆粒物，主要來自于燃煤燃油等高溫燃燒過程以及機(jī)動(dòng)車尾氣的排放。大氣細(xì)顆粒物表面吸附了大量有毒有害物質(zhì)，可通過呼吸而沉積在肺泡，甚至可以通過氣血屏障進(jìn)入血液循環(huán)，引起機(jī)體呼吸、心血管、免疫等系統(tǒng)的損害。流行病學(xué)研究表明，不同地區(qū)來源的大氣細(xì)顆粒物毒性大小存在一定的差異，以及不同的人群對(duì)于大氣細(xì)顆粒物的致肺損傷作用的敏感程度不同，但是此方面的毒理學(xué)研究非常有限。本次研究通過綜合分析大氣細(xì)顆粒物成分的特異性毒性、遺傳易感性和疾病易感性三個(gè)方面，探討大氣細(xì)顆粒物成分毒性的差異以及其致肺損傷的易感性因素和機(jī)制。 本研究對(duì)上海市某城區(qū)大氣細(xì)顆粒物及其有機(jī)物成分進(jìn)行連續(xù)24h的監(jiān)測(cè)，共1天，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)顆粒物及其有機(jī)物成分在一天中出現(xiàn)兩個(gè)高峰，分別是6：00～10：00時(shí)間段和15：00～20：00時(shí)間段。相關(guān)分析表明，大氣中的細(xì)顆粒物和多環(huán)芳烴存在明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.231(P＜0.01)。運(yùn)用高效液相色譜法對(duì)2006年3、6、9和12月份4個(gè)細(xì)顆粒物樣品中的有機(jī)成分種類分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，細(xì)顆粒物中有機(jī)物的種類繁多，含量不均一，其中Phenanthrene(菲)、Anthracene(蒽)、Fluoranthene(熒蒽)、Pyrene(芘)、Benzo[a]anthracene(苯并[a]蒽)、Benzo[b]nuoranthene(苯并[b]熒蒽)、Benzo[a]pyrene(苯并[a]芘)和Benzo[g，h，i]perylene(苯并[ghi]花)8個(gè)有機(jī)物在4個(gè)樣品中均能檢測(cè)到。同時(shí)，對(duì)2006年2-12月份中細(xì)顆粒物的無機(jī)離子成分的研究表明，陰離子成分主要以SO_4~(2-)、NO_3~-和Cl~-為主，其年平均值所占比例超過了99％；檢測(cè)了13種金屬成分，其中Al＞Na＞K＞Mg，這四種金屬成分占到了總成分的90％以上。對(duì)其余的9種金屬成分進(jìn)一步分析結(jié)果表明，各種金屬所占比例依次為：Zn＞Pb＞Fe＞Mn＞Cr＞Cu＞Ni＞V＞Cd。為了比較細(xì)顆粒物不同成分的毒性大小，利用人類肺癌上皮細(xì)胞株A549細(xì)胞，分別對(duì)SO_4~(2-)、SO_3~(2-)、NO_3~-和Cl~-4種陰離子和7種金屬離子的毒性進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在染毒劑量為0.01mmol／L、0.05mmol／L、0.1mmol／L、0.5mmol／L、1.0mmol／L、5.0mmol／L和10.0mmol／L的范圍內(nèi)，陰離子中僅有SO_3~(2-)和NO_3~-離子對(duì)細(xì)胞活性有抑制作用：而7種金屬離子對(duì)細(xì)胞均有毒性，其大小依次為：Cu~+＞Cu~(2+)＞Ni~(2+)＞pb~(2+)＞Zn~(2+)＞Fe~(3+)＞Fe~(2+)。同時(shí)，還對(duì)細(xì)顆粒物的水溶成分和非水溶成分的毒性進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明在染毒劑量為100μg／mL、200μg／mL和300μg／mL的范圍內(nèi)，水溶成分的細(xì)胞毒性明顯高于非水溶成分，表現(xiàn)為抑制細(xì)胞活性，導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷增加，并且誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞活性氧(ROS)的產(chǎn)生。使用N-乙酰半胱氨酸(NAC)和抗壞血酸(Vit C)阻斷活性氧(ROS)產(chǎn)生的研究結(jié)果表明，與未加上述抗氧化劑的染毒組相比，加抗氧化劑的染毒組細(xì)胞的活性明顯增強(qiáng)，提示氧化應(yīng)激損傷可能是細(xì)顆粒物毒作用的重要機(jī)制之一。綜上所述，細(xì)顆粒物組成成分的不同可以導(dǎo)致其對(duì)細(xì)胞毒性的差異。 在對(duì)遺傳因素是否為細(xì)顆粒物致肺損傷的易感因素的研究中，運(yùn)用Affymetrix Mouse430 2.0全基因組表達(dá)譜芯片，對(duì)兩種不同遺傳背景的小鼠(對(duì)大氣細(xì)顆粒物敏感的近交系小鼠C57BL／6(B6)和對(duì)大氣細(xì)顆粒物耐受的近交系小鼠C3H／He(C3))進(jìn)行氣管灌注大氣細(xì)顆粒物染毒，劑量為10mg／kg b.w，每天染毒1次，連續(xù)染毒2d，最后一次染毒結(jié)束24h后，處死動(dòng)物，對(duì)肺組織基因的表達(dá)情況進(jìn)行篩選。結(jié)果表明，相對(duì)于C3小鼠，B6小鼠肺部基因Chi313、Chi314、Cxcl2、C4、Hc、Cp和Sirpb1的表達(dá)上調(diào)，而基因Igh-6、Cap1、Mtap2、Nine7和5830443L24Rik的表達(dá)下調(diào)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，上調(diào)基因多與免疫炎癥反應(yīng)、化學(xué)趨化因子活性、細(xì)胞因子活性和補(bǔ)體活化有關(guān)；而下調(diào)基因多與細(xì)胞內(nèi)吞作用的正向調(diào)節(jié)、細(xì)胞游走、細(xì)胞形態(tài)形成、核酸合成和新陳代謝、以及微管束聚合以及解聚合作用相關(guān)。結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道以及本實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果，即相同劑量的大氣細(xì)顆粒物染毒后，B6小鼠肺損傷比C3小鼠嚴(yán)重，從本次研究可以推斷，相對(duì)于C3品系小鼠，B6品系小鼠對(duì)大氣細(xì)顆粒物染毒產(chǎn)生了更加強(qiáng)烈的肺部炎癥反應(yīng)；同時(shí)，B6品系小鼠肺部的防御功能以及體液免疫能力減弱，巨噬細(xì)胞的吞噬功能以及游走功能下降，損傷后修復(fù)能力也降低。對(duì)B6和C3兩種品系小鼠的信號(hào)通路的研究發(fā)現(xiàn)，在B6和C3兩種品系小鼠之間存在三條有差異的信號(hào)通路：炎癥反應(yīng)通路、基質(zhì)金屬蛋白酶通路和經(jīng)典的補(bǔ)體激活通路。最后，通過同源性比對(duì)，找到了人類的同源性基因，包括：CXCL3、C4、C5、CP、CAP1、MAP2、NME7、MMP2、TIMP1、COL1A1和COL1A2。本部分的研究結(jié)果提示，遺傳因素是細(xì)顆粒物致肺損傷的易感因素之一。 在本次研究中，還運(yùn)用動(dòng)物模型研究了心肺疾病患者是否為細(xì)顆粒物的易感亞群。在呼吸系統(tǒng)模型的研究中，以慢性支氣管炎大鼠作為模型組，與健康大鼠進(jìn)行了比較，采用氣管灌注大氣細(xì)顆粒物的方法染毒，染毒劑量為1.6mg／kg b.w、8.0 mg／kg b.w和40.0 mg／kg b.w，對(duì)照組氣管滴注生理鹽水，每天染毒1次，連續(xù)染毒3d，最后1次染毒后24h后，處死大鼠，取肺泡灌洗液和肺組織進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在相同的大氣細(xì)顆粒物染毒劑量下，模型組大鼠肺泡灌洗液中白蛋白(ALB)、乳酸脫氫酶(LDH)、堿性磷酸酶(AKP)和丙二醛(MDA)的含量比正常組大鼠高，而谷胱苷肽(GSH)的含量相對(duì)較低，說明模型組大鼠在肺部血管損傷、肺實(shí)質(zhì)細(xì)胞損傷以及氧化應(yīng)激損傷等方面都比非模型組大鼠嚴(yán)重。在高血壓大鼠模型的研究中，發(fā)現(xiàn)在高血壓模型組和非模型組大鼠中，無論是反映氧化損傷的MDA的含量，炎癥相關(guān)基因TNF-α、IL-1β、MIP-2、CD44和OPN的表達(dá)，還是抗氧化應(yīng)激相關(guān)基因CC16、HO-1和SP-A的表達(dá)，均呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)，而與抗氧化損傷相關(guān)的蛋白(SOD和GSH)含量卻明顯降低。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在高血壓模型組大鼠，SOD和GSH這兩個(gè)指標(biāo)的表達(dá)明顯低于非模型大鼠，而其它指標(biāo)的表達(dá)則明顯高于非模型組大鼠，說明高血壓模型組大鼠肺部炎癥反應(yīng)更加嚴(yán)重，而抗氧化能力較弱，最終導(dǎo)致肺損傷更加嚴(yán)重。最后，通過對(duì)TLR4和NF-κB的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)NF-κB通路是細(xì)顆粒物致肺損傷的重要通路之一，而高血壓模型組大鼠更加容易激活該通路，這可能也是導(dǎo)致高血壓大鼠對(duì)大氣細(xì)顆粒物致肺損傷易感的因素之一。該部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了人群流行病學(xué)相應(yīng)的結(jié)論，即患心肺疾病的人群對(duì)大氣細(xì)顆粒物的致肺損傷作用更加易感，因此，心肺疾病的患病狀態(tài)也是細(xì)顆粒物致肺損傷的易感因素之一。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：R563;R122
【圖文】：

復(fù)口.大學(xué)博1學(xué)位論文第一部分大氣細(xì)顆粒物成分及其細(xì)胞毒性研究表1.1.1不同時(shí)一段細(xì)顆粒物及其PAHS含量(x士S)分組細(xì)顆粒物濃度(mg/nl3)細(xì)顆粒物中PAHs濃度(ng/m，)6:00一10:0.095士0.0120.073士0.01412.81士5.4010:00一15:15:00一20:6.45士4.480.088士0.0090.051士0.01411.63士4.449.85士4.31)nUO)八)()(CU討議

本文編號(hào)：2736621