线粒体损伤在大气细颗粒物致鼻腔黏膜上皮细胞纤毛运动功能损伤中的作用及机制研究

Fine particulate matter (PM2.5) is an important reason for chronic rhino-sinusitis, allergic rhinitis and other chronic nasal diseases. Ciliary movement of nasal epithelial cells plays an extremely important role in maintaining the stability of defense system in the upper respiratory tract. But the effect of PM2.5 on ciliary movement of nasal epithelial cells and its mechanism is not clear. PM2.5 can cause cellular oxidative stress, which suggested mitochondria might be the target of the toxicity. Recently, some studies have found that transfer of mitochondria can reduce the pathogenesis of some diseases in which mitochondrial damage plays an important role. Thus, we plan to explore the role of mitochondrial injury in PM2.5 induced damage of ciliary movement on nasal epithelial cells and its mechanism. In this study, epidemiological study combined with in vivo animal study and in vitro nasal epithelial cells model study were used. To confirm the mitochondria dysfunction caused by PM2.5 in the nasal mucosal epithelial cells, we plan to measure the interventions of mitochondria derived from human bone marrow mesenchymal stem cells co-cultured with the PM2.5 exposured nasal epithelial cells. This study helps to explain the effect of PM2.5 in the pathogenesis of chronic nasal diseases, also to explore new therapeutic targets of diseases caused by PM2.5 exposure, which provide theoretical basis and technical support for health care of population exposured particulate matter.

细颗粒物（PM2.5）是慢性鼻-鼻窦炎、变应性鼻炎等慢性鼻病高发的重要原因。鼻腔黏膜上皮细胞纤毛运动功能是维持上呼吸道防御功能的关键因素，但目前PM2.5对鼻腔黏膜上皮细胞纤毛运动功能的作用及机制并不清楚。PM2.5可导致细胞内氧化应激反应，线粒体可能是其效应靶点，最新研究发现线粒体转移在治疗以线粒体损伤为重要发病机制的一些疾病中发挥了良好的治疗效果。本研究拟从人群流行病学、动物试验和人鼻腔黏膜上皮细胞模型三个层面，探讨PM2.5对鼻腔黏膜上皮细胞纤毛运动功能的影响以及线粒体损伤在其中的作用，并结合人骨髓间充质干细胞来源的线粒体共培养干预措施，从干预效果角度进一步探讨线粒体损伤是PM2.5致鼻腔黏膜上皮细胞纤毛运动功能下降的重要机制。本研究有助于解释PM2.5致慢性鼻病高发的机制，对阐明PM2.5的健康危害效应有重要的意义，通过探索新的治疗靶点，对制定PM2.5危害防治措施起到了积极作用。

鼻腔上皮是人类呼吸道抵御外来有害刺激的第一道屏障，位于鼻腔纤毛柱状上皮顶端的纤毛在清除可吸入有害刺激物中起着关键作用。纤毛摆动频率（CBF）和纤毛摆动模式（CBP）是反映纤毛清除功能的重要指标。目前，细颗粒物（PM2.5）对CBF\CBP的影响和作用机制尚不清楚。本研究对北京城区大气进行连续采样，洗脱制备不同浓度的 PM2.5 混悬液 (50, 100, 200 和 400μg/ml)。取材鼻息肉患者术中切除鼻息肉，采用气液界面(ALI)培养技术体外培养人鼻黏膜纤毛柱状上皮细胞，建立原代细胞培养模型，待纤毛分化成熟后使用不同浓度PM2.5混悬液染毒12和 24小时， MTT 法(四唑盐比色法)检测细胞存活率，扫描电镜下观察超微结构的变化，高速摄像系统记录纤毛摆动频率 (CBF) 的变化，并比较染毒前后胞内ATP浓度和线粒体膜电位(MMP) 的 变化。结果:1，ALI 培养鼻黏膜纤毛上皮细胞呈鹅卵石样排列，电镜下可见细胞表面分布有大量微绒毛，部分细胞表面出现纤毛，并可见分泌粘液的杯状细胞; MTT法检测各浓度PM2.5 混悬液染毒12小时后细胞存活率可达60%，满足实验需求。2，体外培养14天后进行PM2.5染毒12和24小时，电镜下观察纤毛覆盖率随PM2.5浓度增加而降低，基底细胞特异性蛋白CK14 表达随之增强，染毒24小时后观察到纤毛排列紊乱、倒伏现象。3，PM2.5染毒12小时后50和100μg/ml组CBF较对照增强，200μg/ml组无显著性差异;染毒24小时后50和100μg/ml 组CBF较染毒12 小时降低，200μg/ml 组CBF在两个时间点无显著性变化。3，PM2.5染毒12小时后，400μg/ml组细胞内ATP浓度显著降低，其他浓度组无显著变化; MMP随染毒浓度增加而降低，差异有统计学意义。 结论: PM2.5 可导致体外培养人鼻黏膜纤毛柱状上皮细胞结构和功能的损伤，细胞氧化过程中呼吸链的损伤为其可能机制。