论文部分内容阅读
随着大气颗粒物污染问题日益严重,城市大气颗粒物所带来的人体健康问题越来越受到政府、公众和学者的广泛关注。现有研究表明,大气颗粒物诱导的负面健康效应大部分与炎症反应和氧化应激介导的免疫防御系统失调密切相关。近年来,我国大气颗粒物治理取得了显著的成效,大气颗粒物浓度显著下降,但与WHO指导值（2005年《世卫组织空气质量准则》）仍存在较大差距,每年秋冬季节灰霾天气频发问题尚未得到根本解决。深入研究大气颗粒物暴露与机体免疫防御系统的互作机制,将有助于客观评估当前大气颗粒物污染的危害,也可为开展防控工作和制定相应政策提供参考。本论文以C57BL/6雄性小鼠为受试动物,采用直接呼吸暴露于不同浓度颗粒物及过滤空气的研究方法考察了机体免疫防御系统在不同大气颗粒物暴露模型中的响应模式。首先,开展为期12周的大气颗粒物持续暴露实验,考察小鼠免疫防御系统对于大气颗粒物暴露的阶段性响应,并识别敏感靶器官。受试小鼠被随机分成两组,分别暴露于环境空气和过滤空气中。在暴露实验进行至4、8和12周时,采集小鼠肺、心、肝和海马组织生物样本,并对样本中的炎性细胞因子（促炎因子:TNFα、IL-1和IL-6;抗炎因子:IL-10和IL-1RA）、氧化还原生物标志物（氧化标志物:ROS和NO;抗氧化酶:Sod、Cat和GPx）以及组织形态学（苏木精-伊红染色分析和透射电镜）三类指标进行了分析检测。然后,为了进一步揭示不同的免疫防御响应模式之间转化的驱动因素及其作用机制,构建了大气颗粒物组合暴露模型。在组合暴露模型的预暴露阶段,受试小鼠被随机分配到全空气组、低浓度颗粒物组(PM2.5≤75μg/m3)和过滤空气组中,持续暴露38天。预暴露结束后,所有小鼠同步经历3天的灰霾暴露以及7天的过滤空气暴露。在灰霾暴露前后以及脱离灰霾暴露后的第1天、第3天和第7天采集小鼠肺组织,从基因表达、蛋白含量、信号通路、组织形态等层面对免疫调控和抗氧化防御动态响应能力进行评估。本论文主要结果如下:（1）持续的大气颗粒物暴露扰动了多个器官的促炎/抗炎内稳态平衡,作用效果随暴露时间和靶器官的不同而异。与清洁空气对照相比,随着大气颗粒物暴露时间的延长,小鼠肺、心、肝和海马中促炎因子（TNFα、IL-1β和IL-6）的表达水平均逐步提高。暴露至第8周时,环境空气组各个器官中抗炎因子IL-10的表达水平也显著上调,提示机体启动了抗炎代偿调控机制,而第12周时肺和海马中IL-10表达的下调则表明这两个组织中出现了促炎/抗炎的内稳态失衡。（2）持续的大气颗粒物暴露扰动了多个器官的抗氧化防御内稳态平衡,其作用效果也随暴露时间和靶器官的不同而异。与清洁空气对照相比,在暴露初期,小鼠肺、心和肝中氧化产物（ROS和NO）水平和抗氧化酶（Sod、Cat和GPx）活性被同步诱导升高,表明机体启动了抗氧化防御机制;暴露12周时,肺的Sod和GPx活性均被显著抑制,而心和肝中的Sod活性始终保持在较高水平。（3）持续暴露于环境空气中的小鼠,其肺和海马组织中检测出多种疑似外来颗粒物,包括单一或聚集的颗粒物碳,多边形的硅铝酸盐矿物以及疑似高温燃烧产生的金属微珠。同组小鼠的心和肝脏以及过滤空气对照组小鼠各个器官中均没有发现类似颗粒物。推测肺和海马的免疫防御系统失衡以及不可逆的组织损伤可能与大气颗粒物可通过各种途径直达这两个器官有关。（4）大气颗粒物组合暴露模型中,全空气组小鼠的肺组织对灰霾暴露的免疫调控响应能力显著下降。具体表现为:参与应答的炎性细胞因子种类少,且上调幅度小;脱离灰霾暴露环境后,上调的炎性细胞因子平复缓慢;与炎症消退或炎症终止相关的多个基因未见显著变化。（5）大气颗粒物组合暴露模型中,全空气组小鼠肺组织对灰霾暴露的抗氧化防御响应能力显著降低。初级抗氧化系统中,仅个别抗氧化酶表达水平和活性小幅升高;二级抗氧化防御系统中,大部分与受损蛋白清除相关的基因未显著上调,蛋白酶体活性显著降低。（6）大气颗粒物组合暴露模型中,低浓度颗粒物组小鼠的肺组织在灰霾暴露过程中充分调动了各种免疫调控基因,并激活了抗氧化防御响应,且各项指标在脱离灰霾环境后迅速消退。相比之下,过滤空气组小鼠肺组织的免疫防御系统各项指标对于灰霾暴露响应强烈,但调控节奏紊乱,呈现出一种“恐慌式”免疫防御响应模式。由以上研究结果可知,在大气颗粒物暴露的初始阶段,机体的免疫防御系统能够在一定程度上启动代偿性保护机制,以维持机体内环境的稳定。然而,这种积极调控可随着暴露时间的延长逐步削弱,最终导致免疫防御系统内稳态失衡,组织受损。高浓度大气颗粒物反复暴露是大气颗粒物免疫防御系统毒性效应的关键环境因素。经历了高浓度大气颗粒物反复暴露的小鼠肺组织对灰霾的免疫应答和抗氧化防御响应能力下降。低水平的免疫防御响应虽然暂时保护了机体免受过度炎症反应的损害,但也导致机体对细颗粒物等异物性抗原清除不完全以及氧化损伤累积,从而引发免疫防御系统的进行性损伤。综上所述,本文结果表明高浓度大气颗粒物反复暴露导致的免疫防御响应能力不足是免疫防御系统由代偿性响应向内稳态失衡转变的重要作用机制。