第一部分PM2.5对哮喘患者急性发作住院风险的影响目的:探究细颗粒物（fine particulate matter,PM2.5）对哮喘患者急性发作住院风险的影响。方法:本研究纳入2013年1月1日-2016年12月31日石家庄市医疗保险中心数据库中所有18周岁以上成年哮喘急性发作住院患者,描述日均患者住院人数与空气污染物浓度的时间序列趋势;利用广义相加模型（generalized addictive model,GAM）探索哮喘急性发作住院患者数与空气污染物浓度间的曲线关系;通过构建PM2.5的交叉基函数矩阵,建立分布滞后非线性模型（Distributed lag non-linear models,DLNM）,探索PM2.5浓度与哮喘急性发作住院患者数的暴露效应和滞后效应;参考世界卫生组织和我国空气污染分级标准,探究不同标准下PM2.5浓度对哮喘急性发作住院患者住院风险的影响;按照性别和年龄分组,进一步分析PM2.5对哮喘急性发作患者住院风险的影响。结果:2013-2016年间石家庄市医疗保险中心数据库中18周岁以上成年哮喘急性发作住院患者4274例,日均住院为2.90±2.21人,日均PM2.5浓度为117.1±98.8μg/m3,日平均温度14.6±10.8℃,平均相对湿度为57.6%。研究结果显示,以PM2.5的中位浓度88μg/m3作为参考,在滞后0天且PM2.5值达到最大时,哮喘急性发作风险最高,PM2.5浓度每升高10μg/m3,哮喘患者急性发作住院风险将增加2.88倍（RR 2.88（95%CI=1.37-6.07））,7天累积风险将升高2.55倍（RR 2.55（95%CI=1.04-8.36））。根据世界卫生组织建议的PM2.5浓度标准,石家庄市哮喘患者的7天累积急性发作住院风险将降低36%（RR=0.64（95%CI=0.45-0.92））;按照我国空气质量标准,当空气质量在优、良、轻度污染、中度污染和重度污染时,7天累积的哮喘住院风险值分别为0.86（95%CI=0.78-0.95）、1.02（95%CI=0.99-1.04）、1.07（95%CI=0.94-1.21）、1.12（95%CI=1.01-1.37）和1.26（95%CI=1.14-1.68）。男性患者急性发作的风险大于女性;60岁以下哮喘患者急性发作住院风险大于60岁以上患者。小结:高浓度PM2.5显著升高了石家庄市区哮喘患者急性发作住院的风险。降低空气中的PM2.5浓度能够有效地降低哮喘患者急性发作住院的风险。第二部分PM2.5对小鼠气道反应性、支气管-肺部病理和肺部相关炎症指标的影响目的:通过动物实验观察PM2.5对小鼠气道反应性、支气管-肺部病理和肺部相关炎症指标的影响,观察激肽释放酶-缓激肽系统在这个过程中的作用。方法:1.分组及实验条件:随机将40只野生型C57BL/6健康雄鼠分为清洁空气（filtered air,FA）暴露组,PM2.5暴露组,PM2.5+vehicle暴露组,PM2.5+激肽释放酶抑制剂大豆胰蛋白酶（soybean trypsin inhibitor,SBTI）暴露组（每组各10只）,自2016年11月26日至2017年1月6日连续暴露6周,每周5天,每日4小时。除FA组使用滤膜过滤后的清洁空气暴露外,其余3组均为在线PM2.5浓缩暴露。此外,在每日PM2.5暴露前12小时,PM2.5+SBTI组与PM2.5+vehicle组小鼠将分别被腹腔注射等容积的SBTI与安慰剂（phosphate buffer saline,PBS）。2.观察指标及方法:实验结束后,采用小动物肺功能仪对比各组气道阻力变化;采用酶联免疫法检测肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid,BALF）中各炎症因子（interleukin-4,IL-4;interleukin-10,IL-10;interleukin-13,IL-13;interleukin-33,IL-33）及缓激肽（bradykinin,BK）水平变化。同时,分别运用光学显微镜与电子显微镜观察各组小鼠体内支气管-肺组织病理学改变及超微结构变化。并且利用免疫印迹法（western blotting,WB）和实时定量PCR法（Real-time PCR,RT-PCR）检测各组支气管-肺组织中的激肽释放酶（kallikrein）基因的表达。3.统计学分析:采用单因素方差分析（One-Way analysis of variance,One-Way ANOVA）评价不同组之间的差异。P<0.05为差异有统计学意义。结果:1.整个实验期间,日均PM2.5浓度为306μg/m3,在线暴露吸入PM2.5浓度平均为1513μg/m3（720μg/m32514μg/m3）。与FA组（>25mg/ml）相比,PM2.5暴露组使初始气道阻力增加1倍所需的乙酰胆碱浓度为12.5mg/ml,气道反应性明显升高（P<0.05）;与PM2.5+vehicle组相比,暴露前给予激肽释放酶抑制剂,能明显减轻小鼠气道反应性（P<0.05）。2.与FA组相比,暴露于PM2.5的3组均有不同程度的气道壁增厚、炎性细胞浸润和肺泡结构损伤。PM2.5+SBTI组显示SBTI能减轻炎性细胞的浸润和改善支气管-肺部结构。电镜下观察FA组,肺部的超微结构基本正常。而PM2.5组II型肺泡上皮细胞胞浆和核肿胀,部分线粒体异常,核膜和线粒体嵴轻度融合和模糊,粗面内质网轻度扩张,颗粒融合和脱颗粒。和PM2.5+vehicle组相比,SBTI能改善肺部超微结构,镜下显示终末细支气管轻度肿胀以及线粒体嵴和膜的轻度肿胀。3.与FA组相比,PM2.5组的炎症因子IL-4、IL-13、IL-33浓度显著增加,而抗炎因子IL-10在两组间没有统计学差异。IL-4、IL-13、IL-33、IL-10在PM2.5+SBTI组和PM2.5+vehicle组两组间没有统计学差异（P>0.05）。此外,PM2.5组的BALF和血清中的BK浓度较FA组增加。4.kallikrein在PM2.5组支气管-肺组织中较FA组表达明显增加。与PM2.5+vehicle组相比,暴露前给予SBTI能明显减轻支气管-肺组织kallikrein的表达,明显减少BALF和血清中的BK水平。小结:在动物实验中,PM2.5吸入暴露增加小鼠气道高反应性,加重支气管-肺部炎症病理改变,但是激肽释放酶抑制剂可以减轻这些变化。提示PM2.5增加气道高反应性与激肽释放酶-缓激肽系统信号通路激活有关。本研究将为PM2.5致气道高反应性的预防和治疗提供一个新的靶点。第三部分PM2.5对人气道平滑肌细胞收缩功能的影响及其机制研究目的:富集系统采集的PM2.5直接孵育人气道平滑肌细胞（human airway smooth muscle cell,hASMC）,观察hASMC收缩功能改变及与激肽释放酶-缓激肽系统的关系。方法:1.细胞免疫荧光技术检测Kallikrein在hASMC的分布和表达:CCK-8试剂盒检测不同浓度的PM2.5（0,6.25,12.5,25,50,100μg/ml）对hASMC活力的影响;Cyto SelectTM 48-Well Cell Contraction Assay Kit检测不同浓度的PM2.5对hASMC收缩功能的影响;利用免疫印迹法检测不同浓度PM2.5对hASMC激肽释放酶以及缓激肽受体B2R表达水平的影响;利用酶联免疫法检测PM2.5（12.5μg/ml）对hASMC上清液中缓激肽表达水平的影响;采用荧光探针Flu-4染色,利用流式细胞技术检测胞浆钙库释放的总钙离子水平。2.采用实时定量PCR法检测PM2.5（12.5μg/ml）对hASMC激肽释放酶家族1-15（Kallikrein1-15,KLK1-15）表达水平是否有影响及影响的程度。3.采用脂质体Lipo Rimax和3种si RNA（Small interfering RNA,si RNA）及其scramble si RNA进行h ASM细胞转染,敲低KLK14基因后,进行PM2.5（12.5μg/ml）孵育24小时,观察其细胞收缩功能的改变,细胞激肽释放酶表达改变,细胞上清液中缓激肽水平改变以及胞浆钙库释放的总钙离子水平改变,方法同1.4.统计学分析:采用One-Way ANOVA法评价不同组之间的差异。P<0.05为差异有统计学意义。结果:1.荧光显微镜观察到Kallikrein在hASMC胞浆分布和表达。2.不同浓度PM2.5孵育hASMC,检测到PM2.5在一定浓度范围内（0-50μg/ml）促进h ASM细胞增殖,且约12.5μg/ml对hASMC促增殖作用最明显,在100μg/ml时,细胞活力约为对照组的50%。3.不同浓度PM2.5孵育hASMC,检测到PM2.5在一定浓度范围内（0-50μg/ml）促进h ASM细胞收缩功能,且约12.5μg/ml对hASMC促收缩作用最明显,浓度大于50μg/ml对hASMC收缩能力明显下降。4.不同浓度PM2.5孵育hASMC,观察到PM2.5在一定浓度范围内（0-50μg/ml）促进hASMC激肽释放酶的表达,且约12.5μg/ml时hASMC激肽释放酶表达水平最高,浓度大于50μg/ml时hASMC激肽释放酶水平下降。5.PM2.5（12.5μg/ml）孵育hASMC,与对照组比较,PM2.5组细胞上清中BK水平明显升高。不同浓度PM2.5孵育hASMC,观察到PM2.5在一定浓度范围内（0-50μg/ml）促进hASMC缓激肽受体B2R表达,且约12.5μg/ml时hASMC缓激肽受体B2R表达水平最高,浓度大于50μg/ml时hASMC缓激肽受体B2R水平下降。6.PM2.5（12.5μg/ml）孵育hASMC,观察到PM2.5促进KLK1-15的表达,且对KLK14基因的促进作用最明显。7.敲低KLK14基因后,进行PM2.5（12.5μg/ml）孵育,观察到较scramble组,KLK14基因敲低后,PM2.5对hASMC的促收缩作用不再明显;hASMC的胞浆钙库钙离子释放作用不再明显升高。同时,hASMC的上清液中缓激肽水平不再明显升高。小结:在细胞实验中,PM2.5孵育hASMC可导致细胞收缩功能增加,这一过程与激肽释放酶-缓激肽信号通路激活有关。结论:1.PM2.5是引起哮喘患者急性发作的重要危险因素之一,降低空气中PM2.5的浓度,关注空气质量报告,对降低哮喘患者急性发作住院风险具有深远的意义。2.PM2.5暴露可诱发气道高反应发生,且激肽释放酶-缓激肽信号通路在此过程中发挥了重要的作用。这些发现可能为预防和治疗PM2.5诱发的气道高反应性及相关疾病提供有力的治疗靶点。