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背景:环境空气污染是全球主要的公共卫生问题。据估计,目前世界上90%以上的人口居住在空气污染物浓度超过世界卫生组织(World health organization,WHO)限制的地区。大量流行病学研究将大气颗粒物污染与慢性阻塞性肺病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD),哮喘等呼吸系统疾病以及心血管疾病联系起来。细颗粒物(Fine particulate matter,PM2.5)作为大气污染的主要成分之一,近年来得到广泛关注,而其对健康不良影响的机制尚未完全了解。本研究建立了人支气管上皮细胞(Human bronchial epithelial cells,HBE)模型和人脐静脉内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells,HUVEC)模型,以期探究环境空气颗粒物和打印室PM2.5对呼吸系统和心血管系统的毒性作用及其潜在机制。方法一:HBE细胞模型1.环境空气颗粒物与打印室PM2.5染毒HBE细胞的建立。采集南昌大学某打印室PM2.5以及环境空气中总悬浮颗粒物(Total suspended particulate,TSP)、PM2.5,将其制成浓度为100 μg/mL工作液,设置HBE细胞染毒对照组(不加样品的细胞孔)、TSP组(环境空气TSP)、PRM组(打印室PM2.5)和PM组(环境空气PM2.5)4个组别。2.不同浓度打印室PM2.5染毒HBE细胞的建立。采集打印室PM2.5制成悬浮液,设置对照组(不加样品的细胞孔)、PRL组(打印室PM2.5低浓度25 μg/mL)、PRM组(打印室PM2.5中浓度100μg/mL)和PRH组(打印室PM2.5高浓度400μg/mL)4个组别。3.提取细胞蛋白通过细胞增殖检测试剂盒(Cell counting kit-8 assay,CCK-8)检测环境空气TSP、打印室PM2.5和环境空气PM2.5对HBE细胞存活率的影响。检测染毒7 h后HBE细胞中超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)活性和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)含量的变化。通过酶联免疫吸附实验(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)测定 HBE 细胞中的炎症相关因子白介素-1β(Interleukin-1 β,IL-1 β)、IL-6、肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、IL-2的蛋白表达情况。通过Western blot法检测炎症蛋白环氧化酶 2(cyclooxygenase2,COX-2)和磷酸化 p65(Phosphorylated-p65/p65,p-p65/p65)、凋亡相关因子Bcl-2同源水溶性蛋白/B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2-associated X protein/b-cell lymphoma-2,Bax/Bcl-2)的蛋白表达情况。方法二:HUVEC细胞模型1.环境空气颗粒物与打印室PM2.5染毒HUVEC细胞的建立。采集打印室PM2.5以及环境空气TSP、PM2.5,将其制成浓度为100μg/mL工作液,设置HUVEC细胞染毒对照组(不加样品的细胞孔)、TSP组(环境空气TSP)、PRM组(打印室PM2.5)和PM组(环境空气PM2.5)4个组别。2.不同浓度打印室PM2.5染毒HUVEC细胞的建立。采集南昌大学打印室PM2.5将其制成悬浮液,该实验设置对照组(不加样品的细胞孔)、PRL组(打印室PM2.5低浓度25 μg/mL)、PRM组(打印室PM2.5中浓度100 μg/mL)和PRH组(打印室PM2.5高浓度400 μg/mL)4个组别。3.提取细胞蛋白通过CCK-8实验检测环境空气TSP、打印室PM2.5和环境空气PM2.5对HUVEC细胞存活率的影响。检测染毒7 h后HUVEC细胞中SOD活性和MDA含量的变化。通过ELISA实验检测HUVEC细胞中的炎症相关因子IL-1β、IL-6、TNF-α、IL-2的蛋白表达情况。通过Western blot法检测炎症蛋白COX-2和p-p65/p65、凋亡相关因子Bax/Bcl-2的蛋白表达情况。结果一:HBE细胞模型1.通过CCK-8增殖实验发现环境空气TSP、打印室PM2.5以及环境空气PM2.5均能抑制HBE细胞的存活率。与对照组相比,粒径最小的环境空气PM2.5导致HBE细胞存活率显著降低。同一粒径的打印室PM2.5的毒性虽弱于环境空气PM2.5,但随着打印室PM2.5浓度的升高,HBE细胞存活率逐渐降低。2.氧化应激实验结果显示,与对照组相比,随着粒径的减小,HBE细胞中的SOD活性降低且MDA含量上升。打印室PM2.5诱导细胞氧化应激的能力虽弱于环境空气PM2.5,但高浓度打印室PM2.5显著降低了细胞中SOD活性且显著升高MDA含量。3.ELISA结果显示,与对照组相比,随着粒径的减小,HBE细胞中促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌量逐渐升高,抑炎因子IL-2的分泌量逐渐降低。虽然打印室PM2.5诱导细胞炎症的能力弱于环境空气PM2.5,但随着打印室PM2.5浓度的升高,细胞中促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌量逐渐升高,抑炎因子IL-2的分泌量逐渐降低。4.Western blot实验结果显示,与对照组相比,粒径最小的环境空气PM2.5显著上调炎症通路中COX2和p-p65/p65的表达以及凋亡通路中的Bax/Bcl-2蛋白表达。而同一粒径的打印室PM2.5和环境空气PM2.5,虽然打印室PM2.5的致炎作用以及诱导细胞凋亡的能力弱于环境空气PM2.5,但实验发现高浓度打印室PM2.5有较强的致炎作用并使细胞凋亡。结果二:HUVEC细胞模型1.通过CCK-8增殖实验发现环境空气TSP、打印室PM2.5以及环境空气PM2.5均能抑制HUVEC细胞的存活率,与对照组相比,粒径最小的环境空气PM2.5致使HUVEC细胞存活率显著降低。同一粒径的打印室PM2.5的毒性虽弱于环境空气PM2.5,但随着打印室PM2.5浓度的升高,HUVEC细胞存活率逐渐降低。2.氧化应激实验结果显示,与对照组相比,随着粒径的减小,HUVEC细胞中的SOD活性降低且MDA含量上升。虽然打印室PM2.5诱导细胞氧化应激的能力弱于环境空气PM2.5,但高浓度打印室PM2.5显著降低了细胞中SOD活性且显著升高MDA含量。3.ELISA结果显示,与对照组相比,随着粒径的减小,HUVEC细胞中促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌量逐渐升高,抑炎因子IL-2的分泌量逐渐降低。虽然打印室PM2.5诱导细胞炎症的能力弱于环境空气PM2.5,但随着打印室PM2.5浓度的升高,HUVEC细胞中促炎因子IL-1β、IL-6、TNF-α的分泌量逐渐升高,抑炎因子IL-2的分泌量逐渐降低。4.Western blot实验结果显示,与对照组相比,粒径最小的环境空气PM2.5显著上调炎症通路中COX2和p-p65/p65的表达以及凋亡通路中的Bax/Bcl-2蛋白表达。而同一粒径的打印室PM2.5和环境空气PM2.5,虽然打印室PM2.5的致炎作用以及诱导细胞凋亡的能力弱于环境空气PM2.5,但实验发现高浓度打印室PM2.5有较强的致炎作用并使细胞凋亡。结论:粒径越小的颗粒物毒性越强,并能显著诱导HBE细胞和HUVEC细胞发生氧化损伤、炎症和细胞凋亡。除此之外,氧化损伤、炎症和凋亡可能是环境空气颗粒物和打印室PM2.5引起呼吸道疾病和心血管疾病的重要机制。