【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)境保護署(Environmental Protection Agency，EPA)定義為常見污染物，也被稱為標準污染物。其中顆粒物和臭氧是對人類健康威脅最普遍的兩種，而顆粒物又因其復雜的組成成分以及多樣的毒作用機制，受到越來越多學者的關注。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、細顆粒物和超細顆粒物四種。細顆粒物，即PM_(2.5)，是指空氣動力學等效直徑≤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動車尾氣的排放。大氣細顆粒物表面吸附了大量有毒有害物質，可通過呼吸而沉積在肺泡，甚至可以通過氣血屏障進入血液循環(huán)，引起機體呼吸、心血管、免疫等系統(tǒng)的損害。流行病學研究表明，不同地區(qū)來源的大氣細顆粒物毒性大小存在一定的差異，以及不同的人群對于大氣細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研究非常有限。本次研究通過綜合分析大氣細顆粒物成分的特異性毒性、遺傳易感性和疾病易感性三個方面，探討大氣細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制。 本研究對上海市某城區(qū)大氣細顆粒物及其有機物成分進行連續(xù)24h的監(jiān)測，共1天，結果發(fā)現(xiàn)細顆粒物及其有機物成分在一天中出現(xiàn)兩個高峰，分別是6：00～10：00時間段和15：00～20：00時間段。相關分析表明，大氣中的細顆粒物和多環(huán)芳烴存在明顯的相關性，相關系數(shù)為0.231(P＜0.01)。運用高效液相色譜法對2006年3、6、9和12月份4個細顆粒物樣品中的有機成分種類分析結果發(fā)現(xiàn)，細顆粒物中有機物的種類繁多，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個有機物在4個樣品中均能檢測到。同時，對2006年2-12月份中細顆粒物的無機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。對其余的9種金屬成分進一步分析結果表明，各種金屬所占比例依次為：Zn＞Pb＞Fe＞Mn＞Cr＞Cu＞Ni＞V＞Cd。為了比較細顆粒物不同成分的毒性大小，利用人類肺癌上皮細胞株A549細胞，分別對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行了檢測，結果發(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~-離子對細胞活性有抑制作用：而7種金屬離子對細胞均有毒性，其大小依次為：Cu~+＞Cu~(2+)＞Ni~(2+)＞pb~(2+)＞Zn~(2+)＞Fe~(3+)＞Fe~(2+)。同時，還對細顆粒物的水溶成分和非水溶成分的毒性進行了檢測，結果表明在染毒劑量為100μg／mL、200μg／mL和300μg／mL的范圍內(nèi)，水溶成分的細胞毒性明顯高于非水溶成分，表現(xiàn)為抑制細胞活性，導致細胞膜損傷增加，并且誘導細胞凋亡和細胞活性氧(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胞的活性明顯增強，提示氧化應激損傷可能是細顆粒物毒作用的重要機制之一。綜上所述，細顆粒物組成成分的不同可以導致其對細胞毒性的差異。 在對遺傳因素是否為細顆粒物致肺損傷的易感因素的研究中，運用Affymetrix Mouse430 2.0全基因組表達譜芯片，對兩種不同遺傳背景的小鼠(對大氣細顆粒物敏感的近交系小鼠C57BL／6(B6)和對大氣細顆粒物耐受的近交系小鼠C3H／He(C3))進行氣管灌注大氣細顆粒物染毒，劑量為10mg／kg b.w，每天染毒1次，連續(xù)染毒2d，最后一次染毒結束24h后，處死動物，對肺組織基因的表達情況進行篩選。結果表明，相對于C3小鼠，B6小鼠肺部基因Chi313、Chi314、Cxcl2、C4、Hc、Cp和Sirpb1的表達上調(diào)，而基因Igh-6、Cap1、Mtap2、Nine7和5830443L24Rik的表達下調(diào)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，上調(diào)基因多與免疫炎癥反應、化學趨化因子活性、細胞因子活性和補體活化有關；而下調(diào)基因多與細胞內(nèi)吞作用的正向調(diào)節(jié)、細胞游走、細胞形態(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。結合文獻報道以及本實驗室研究結果，即相同劑量的大氣細顆粒物染毒后，B6小鼠肺損傷比C3小鼠嚴重，從本次研究可以推斷，相對于C3品系小鼠，B6品系小鼠對大氣細顆粒物染毒產(chǎn)生了更加強烈的肺部炎癥反應；同時，B6品系小鼠肺部的防御功能以及體液免疫能力減弱，巨噬細胞的吞噬功能以及游走功能下降，損傷后修復能力也降低。對B6和C3兩種品系小鼠的信號通路的研究發(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通路：炎癥反應通路、基質金屬蛋白酶通路和經(jīng)典的補體激活通路。最后，通過同源性比對，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。本部分的研究結果提示，遺傳因素是細顆粒物致肺損傷的易感因素之一。 在本次研究中，還運用動物模型研究了心肺疾病患者是否為細顆粒物的易感亞群。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，與健康大鼠進行了比較，采用氣管灌注大氣細顆粒物的方法染毒，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行分析，結果發(fā)現(xiàn)在相同的大氣細顆粒物染毒劑量下，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)的含量相對較低，說明模型組大鼠在肺部血管損傷、肺實質細胞損傷以及氧化應激損傷等方面都比非模型組大鼠嚴重。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，炎癥相關基因TNF-α、IL-1β、MIP-2、CD44和OPN的表達，還是抗氧化應激相關基因CC16、HO-1和SP-A的表達，均呈現(xiàn)升高的趨勢，而與抗氧化損傷相關的蛋白(SOD和GSH)含量卻明顯降低。同時還發(fā)現(xiàn)，在高血壓模型組大鼠，SOD和GSH這兩個指標的表達明顯低于非模型大鼠，而其它指標的表達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更加嚴重，而抗氧化能力較弱，最終導致肺損傷更加嚴重。最后，通過對TLR4和NF-κB的檢測，發(fā)現(xiàn)NF-κB通路是細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，這可能也是導致高血壓大鼠對大氣細顆粒物致肺損傷易感的因素之一。該部分實驗結果驗證了人群流行病學相應的結論，即患心肺疾病的人群對大氣細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)也是細顆粒物致肺損傷的易感因素之一。
【學位授予單位】：復旦大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：R563;R122
【圖文】：

復口.大學博1學位論文第一部分大氣細顆粒物成分及其細胞毒性研究表1.1.1不同時一段細顆粒物及其PAHS含量(x士S)分組細顆粒物濃度(mg/nl3)細顆粒物中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：2736621