大气颗粒物对心血管系统的生物学作用及机制研究

Lots of epidemic investigation have proved that the aggravation of particulate matter is related to the morbidity and mortality of respiratory and cardiovascular diseases. Our previous study also found that the particulate matter of different season showed the obvious different toxicity for its diverse chemical component and speciation. The oxidative stress induced by the soluble transition elements was considered to play an important role in the respiratory toxicity of the particulate matter. However, the pathogenesis of the particulate matter on the cardiovascular disease is not clear. Synchron radiation X-ray absorption spectroscopy and neutron activation analysis have widely applied in the environment science and biology with its mild damage to the sample, simple sampling and low detection limit. Combined with the biochemistry and molecular biology, environmental toxicology and nuclear techniques, this work will study the effect of particulate matter on the cardiovascular system and the pathogenesis of arteriosclerosis in the high lipid rat; The in vitro experiment will carry out to deplore the relations between the variation of chemical component and speciation with the cardiovascular disease, as well as the molecular mechanism of arteriosclerosis induced by the exposure of particulate matter.

大量流行病学调查已经证明，大气颗粒物的增加与人体呼吸系统、心血管系统等疾病的发生关系密切。我们前期研究发现，不同季节的颗粒物因其化学组成及化学种态不同而呈现不同的呼吸毒性，其中可溶性的过渡金属元素及其诱导的氧化应激作用在颗粒物对呼吸系统的毒性中发挥了重要作用。然而人们对于颗粒物诱发心血管系统疾病的作用机制还不清楚。同步辐射X射线吸收谱及中子活化技术因其对样品损伤小，样品处理简单，灵敏度高等特点在环境科学与生物学中的应用越来越广泛。本项目拟结合生物化学与分子生物学、环境毒理学与核技术等方法，利用动物模型研究大气颗粒物对高脂大鼠心血管系统的影响，探讨颗粒物暴露对动脉粥样硬化发生的病理学机制；通过体外实验进一步揭示颗粒物组成及化学种态的变化对颗粒物诱发心血管疾病的影响，以及颗粒物引发动脉粥样硬化的生物学机制。

近年来，大气颗粒物污染已成为我国公众最为关注的一个环境问题，尤其我国华北、华东和华中地区细颗粒物污染十分严重。大量流行病学调查研究表明，可吸入颗粒物的增加不仅对呼吸系统产生威胁，而且会对心血管系统造成影响，长期处于高浓度的可吸入颗粒物环境中会加快动脉粥样硬化斑块的形成，但是大气细颗粒物导致心血管疾病发生的具体机制还不清楚。因此，本项目通过采集不同季节不同粒径的大气颗粒物，对颗粒物的形貌，粒径，化学组成和含量等理化性质进行表征，利用高脂饲料喂养的实验大鼠，结合细胞生物学、分子生物学等实验技术研究了大气颗粒物对心血管系统的生物学作用，明确了不同粒径、不同季节颗粒物的毒性大小及其与元素组成之间的关系，阐明了颗粒物诱发动脉粥样硬化等心血管疾病的发病机制。本项目主要取得了以下研究成果：.1.得到了北京市大气中不同季节不同粒径颗粒物的理化性质特征。北京市不同季节PM2.5中春季以过渡金属元素为主，夏季以SO42-离子为主，秋冬季以有机物和NO3-离子为主。在不同粒径的颗粒物中，Al、Ca、Fe、Mg、Na等元素主要分布在PM2.5-10中，Cu、Pb、Zn与水溶性无机离子主要富集在PM1.0上。而OC/EC比值显示北京城市颗粒物主要来源于柴油和汽油车尾气排放。.2.明确了化学组成与颗粒物毒性之间的关系。将颗粒物的组成及细胞实验结果统计分析后发现，颗粒物中的过渡金属元素与SO42-离子是诱导细胞内ROS升高的主要因素。.3.阐明了大气颗粒物诱发动脉粥样硬化的分子机制。在高脂饲料喂养的大鼠暴露PM2.5三个月后，观察到血管内皮增厚，出现粥样斑块和泡沫样巨噬细胞的聚集。利用血管内皮细胞EA.hy926暴露PM2.5后，发现PM2.5可以通过诱导细胞内ROS水平升高，激活ERK/AKT信号通路，调控NF-κB核转录因子入核，介导粘附因子与趋化因子的表达，从而招募血液中的单核细胞，启动动脉粥样硬化的发生与发展。