1、大氣污染是危害人類健康的主要環(huán)境因素之一,其中大氣顆粒物因其粒徑大小不同,含有多種有害化學(xué)組分,對(duì)人體健康有復(fù)雜的影響。大氣顆粒物中空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5μm的細(xì)顆粒物,由于其粒徑小、表面積大,肺沉積率高,易于穿過(guò)內(nèi)皮到達(dá)間質(zhì),對(duì)人體具有更大的危害性。其所含的炭核、氮、硫、有機(jī)物(多環(huán)芳烴)、生物化合物(內(nèi)毒素,細(xì)胞片段)和過(guò)渡金屬(鐵,鎳,鋅,釩)等多種有害的化學(xué)成分對(duì)人體產(chǎn)生的負(fù)面影響,也逐漸成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。細(xì)顆粒物進(jìn)入呼吸道

2、,不僅可引起肺損傷,還可引起肺外其它器官如心血管系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及DNA的損傷。
　　 細(xì)顆粒物與心血管系統(tǒng)疾病的關(guān)聯(lián)性已在流行病學(xué)的研究中得到了一定的論證,但在毒理學(xué)的研究中尚未得到相關(guān)的系統(tǒng)論證,細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)影響的作用機(jī)制也尚未闡明。本次研究通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)從自主神經(jīng)功能、炎癥反應(yīng)、纖溶/凝血、內(nèi)皮功能和心肌缺血及細(xì)胞凋亡等方面對(duì)細(xì)顆粒物致心血管系統(tǒng)的損傷進(jìn)行了較系統(tǒng)的毒理學(xué)研究,探索其可能作用機(jī)制,并通過(guò)他

3、汀類藥物的干預(yù)驗(yàn)證氧化損傷、炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮功能損傷和細(xì)胞凋亡等通路在細(xì)顆粒物致心血管系統(tǒng)損傷中的作用,為探尋其作用機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。
　　 本研究在上海市市區(qū)采集大氣細(xì)顆粒物,對(duì)不同生理病理狀態(tài)大鼠(高血壓大鼠(SHR)作為疾病模型組,Wistar大鼠(WKY)作為健康模型組)進(jìn)行氣管滴注染毒,對(duì)照組氣管滴注生理鹽水,試驗(yàn)組滴注劑量分別為1.6mg/kgb.w、8.0mg/kgb.w和40.0mg/kgb.w的細(xì)顆粒物懸液,每天

4、染毒1次,連續(xù)染毒3天。觀察暴露于細(xì)顆粒物后大鼠自主神經(jīng)功能的改變,包括血壓、心率和心電圖,以及對(duì)大鼠血液及心肌組織中反應(yīng)炎癥、纖溶/凝血、內(nèi)皮功能及心肌細(xì)胞損傷或凋亡等因子的檢測(cè),結(jié)果發(fā)現(xiàn),細(xì)顆粒物染毒組大鼠血壓和心率明顯升高,心電圖ST-段抬高,T波低平。大鼠血液中高敏C-反應(yīng)蛋白(hs-CRP)、D-二聚體、內(nèi)皮素-1(ET-1)在染毒組明顯高于對(duì)照組,并隨染毒劑量增加而增加。血液中心肌酶學(xué)指標(biāo)乳酸脫氫酶(LDH)和肌酸激酶同工酶

5、(CK-MB)也隨染毒劑量增加而增加,而血管舒張因子一氧化氮(NO)卻明顯減少。心肌組織內(nèi)各炎癥相關(guān)基因IL-1β、IL-6、TNF-α和MIP-2,內(nèi)皮功能相關(guān)基因ET-1,內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子ICAM-1及介導(dǎo)細(xì)胞凋亡的促凋亡基因bax的mRNA表達(dá)均呈現(xiàn)升高趨勢(shì),而抗凋亡基因bcl-2的mRNA表達(dá)呈下降趨勢(shì)。同時(shí),利用免疫組織化學(xué)方法對(duì)暴露于大氣細(xì)顆粒物后,心肌組織中bax和bcl-2的蛋白表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,染毒

6、組的bax蛋白表達(dá)明顯增加,而bcl-2蛋白表達(dá)明顯降低,表明心肌組織中抗凋亡基因和促凋亡基因的調(diào)節(jié)出現(xiàn)紊亂,提示心肌細(xì)胞凋亡在細(xì)顆粒物所致心血管系統(tǒng)損傷中有著非常重要的作用。同樣的方法對(duì)細(xì)顆粒物暴露的大鼠心肌組織中轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)蛋白的表達(dá)強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)暴露于細(xì)顆粒物后,心肌組織中TGF-β1蛋白的表達(dá)明顯高于對(duì)照組。這提示大鼠心肌組織中除內(nèi)皮屏障功能受到破壞及血管通透性增加外,細(xì)胞外基質(zhì)合成和分泌增加及降解減少

7、、心血管纖維化病變也可能是細(xì)顆粒物致心血管系統(tǒng)損傷的作用機(jī)制。實(shí)驗(yàn)研究也發(fā)現(xiàn),大氣細(xì)顆粒物染毒劑量相同時(shí),SHR大鼠血液及心肌組織中介導(dǎo)損傷的炎性細(xì)胞因子、內(nèi)皮功能因子、細(xì)胞凋亡等因子的表達(dá)均明顯高于WKY大鼠,表明大氣細(xì)顆粒物對(duì)SHR大鼠心血管系統(tǒng)的毒性作用高于WKY大鼠,這一基于動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人群流行病學(xué)的研究具有一致性,后者的結(jié)論為患有心肺疾病的人群暴露于高濃度細(xì)顆粒物后,因心血管疾病發(fā)作而增加的死亡率高于健康人群,屬于細(xì)顆

8、粒物暴露損傷的易感人群。
　　 為了更進(jìn)一步了解大氣細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的作用機(jī)制并探索細(xì)顆粒物不同化學(xué)成分在心血管系統(tǒng)損傷中的作用,本研究比較了細(xì)顆粒物不同成分的毒性大小,分別測(cè)定SO42-、NO3-和Cl-三種陰離子和五種金屬陽(yáng)離子對(duì)人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞(EC-304)的毒性作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在染毒濃度分別為0.01mmol/L、0.05mmol/L、0.1mmol/L、0.5mmol/L、1.0mmol/L、5.0mmol/L

9、和10.0mmol/L的離子濃度時(shí),陰離子中NO3-離子對(duì)細(xì)胞活性有抑制作用;五種金屬陽(yáng)離子對(duì)細(xì)胞活性均有抑制作用,其作用大小依次為Ni2+＞Cu2+＞Zn2+＞W(wǎng)e3+＞Mg2+。本次研究還提取了大氣細(xì)顆粒物有機(jī)物、水溶成分和非水溶成分,每種成分分別按濃度100μg/ml、200μg/ml和400μg/ml,設(shè)為低、中、高三個(gè)濃度組對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)行24h染毒,觀察細(xì)顆粒物不同成分的毒性作用,進(jìn)一步了解氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮功能紊亂

10、和細(xì)胞凋亡在心血管系統(tǒng)損傷中的作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)顆粒物有機(jī)提取物、水溶成分和非水溶成分使細(xì)胞存活率顯著降低。細(xì)胞內(nèi)活性氧族(ROS)、丙二醛(MDA)和上清液LDH/總LDH的比值均隨著染毒濃度的增加而增加,而超氧化物歧化酶(SOD)及血管舒張因子NO含量卻明顯降低。細(xì)胞內(nèi)與炎癥相關(guān)基因IL-6、IL-4和TNF-α,內(nèi)皮功能相關(guān)基因ET-1和TGF-β1,凝血功能相關(guān)基因P-selectin,凋亡相關(guān)基因fas的mRNA表達(dá)隨著染毒濃度

11、的增加均明顯升高,而內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)明顯降低。同時(shí)發(fā)現(xiàn),大氣細(xì)顆粒物不同成分對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化損傷、炎癥反應(yīng)和內(nèi)皮功能的作用大小依次為:水溶成分＞有機(jī)提取物＞非水溶成分,但對(duì)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞ROS含量的影響卻是有機(jī)提取物＞水溶成分＞非水溶成分。
　　 他汀類藥物能改善內(nèi)皮功能,增加NO的生物活性,抑制炎性反應(yīng)和調(diào)節(jié)免疫功能,并有很強(qiáng)的抗氧化功能,本次研究使用阿托伐他汀對(duì)細(xì)顆粒物有機(jī)提取物、水溶成分和非水溶成分致EC

12、-304細(xì)胞的毒性進(jìn)行干預(yù),使用濃度為400μg/ml的細(xì)顆粒物有機(jī)提取物、水溶成分和非水溶成分分別對(duì)EC-304細(xì)胞進(jìn)行染毒,同時(shí)加入阿托伐他汀藥物進(jìn)行干預(yù),藥物濃度為0μmol/L、0.1μmol/L、1μmol/L、10μmol/L,觀察藥物對(duì)細(xì)顆粒物不同成分氧化應(yīng)激、內(nèi)皮功能損傷和凋亡等毒性的干預(yù)作用。結(jié)果顯示,加入阿托伐他汀后,細(xì)顆粒物不同成分染毒組的細(xì)胞內(nèi)ROS、MDA和LDH較未加藥組明顯降低,而SOD和NO明顯增加。同時(shí)

13、,加入藥物使細(xì)胞IL-6、IL-4、TNF-α、ET-1、P-selectin、fas和TGF-β1mRAN表達(dá)水平明顯下調(diào),使eNOSmRNA表達(dá)上調(diào),并呈劑量－反應(yīng)關(guān)系。由于他汀類藥物在抗氧化損傷、減少炎癥和改善內(nèi)皮功能方面具有良好的藥理作用,本次實(shí)驗(yàn)表明他汀類藥物能明顯減少細(xì)顆粒物暴露所致的氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮功能損傷和細(xì)胞凋亡,結(jié)果提示,細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的損傷是由氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、內(nèi)皮功能損傷和細(xì)胞凋亡等通路介導(dǎo)的。<

14、br>　　 由于大氣細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的作用機(jī)制尚不清楚,本次研究通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究了大氣細(xì)顆粒物對(duì)心血管系統(tǒng)的毒性作用,并探索其可能作用機(jī)制。結(jié)果表明,自主神經(jīng)功能失調(diào)、炎癥反應(yīng)、纖溶/凝血功能障礙、內(nèi)皮功能損傷及心肌缺血和細(xì)胞凋亡是大氣細(xì)顆粒物致心血管系統(tǒng)損傷的可能作用機(jī)制,通過(guò)他汀類藥物的干預(yù)實(shí)驗(yàn)更進(jìn)一步驗(yàn)證了這些損傷通路的存在。
　　 總之,本實(shí)驗(yàn)從分子、細(xì)胞和動(dòng)物體等不同的生物學(xué)層次進(jìn)行了較為系統(tǒng)的細(xì)顆