大气PM2.5颗粒物吸入暴露生物效应因子及剂量效应研究

Air <2.5μm particulate matters(PM 2.5) is harmful to human health. The function factor of PM 2.5 and it's relationship of dose and effect are the key step in evaluating the health effect of air environment to human. In this study PM2.5 are collected from Beijing urban and different PM2.5 samples are prepared, then the chemical and biological compositions are analyzed. Cell exposure experiments of different dose of different PM2.5 samples are studied. Different biological marker index such as cytotoxicity, oxidative damage, inflammatory factor, total free radical, total antioxidant capacity, DNA damage, express of mRNA, et al. to determine the function factor of PM2.5 and it's relationship of dose and effect in cell level. Based on the results of cell exposure experiments long chronic inhalation exposure experiment of mice is studied. Different biological marker index and the whole physiological function of the animal are evaluated. The function factor of PM2.5 and it's relationship of dose and effect of mice by long chronic inhalation exposure are determined.

大气PM2.5颗粒物影响人类的健康，确定其中的影响人类健康的作用因子及其剂量效应关系是大气环境对人类健康效应评价的关键步骤。本研究采集北京城区大气PM2.5颗粒物样本，制备不同的颗粒物样本并分析其中的化学和生物组成，不同剂量的各种颗粒物样本进行细胞染毒实验，测试各种指标如：细胞毒性、氧化损伤效应指标、炎性因子指标、总自由基、总抗氧化能力和mRNA表达分析、DNA遗传损伤等各项指标，确定细胞水平大气PM2.5颗粒物生物效应的作用因子及其剂量效应关系。以细胞染毒结果确定的颗粒物组分为研究对象，进行动物吸入亚慢性暴露染毒，进行染毒后动物生理功能的总体评价，并测试上述各种指标和动物各脏器的组织病理学变化的观察，从动物吸入暴露的整体水平上确定大气PM2.5颗粒物生物效应的作用因子及其剂量效应关系。

本研究选取我国城市污染最具有代表的城市北京城区的大气PM2.5颗粒物为研究对象，使用各种化学和生物方法测试颗粒物各组分的化学成分和生物因子的组成，得到细菌气溶胶、真菌气溶胶的浓度和粒谱分布特征。从动物、细胞、分子水平对大气PM2.5颗粒物的生物学效应进行研究。PM2.5水溶性离子中水溶性离子和“酸提”元素的质量分数分别为67.71%和4.84%；PM2.5脂溶性组分中中多环芳烃的质量分数为49.125%。仅PM2.5完全颗粒物中可以检测到大量的细菌和真菌基因组存在；而内毒素的测定结果显示PM2.5颗粒物中内毒素含量高达0.433EU/mg，远高于其余组分。. 肺上皮细胞A549细胞染毒结果表明，PM2.5水溶性组分和内毒素在造成细胞氧化损伤方面有一定作用。各实验组分对细胞各方面指标几乎都造成了不同程度的一定影响。对肺心肌细胞H9C2细胞染毒结果表明，PM2.5完全颗粒物、PM2.5单纯颗粒物和内毒素+PM2.5单纯颗粒物对细胞活力造成了巨大的抑制作用，50μg/ml及以上染毒浓度在染毒24h及以上时可几乎造成细胞百分之百死亡，在50μg/ml的染毒浓度时都显著降低了胞内LDH、SOD活力。PM2.5完全颗粒物和内毒素+PM2.5单纯颗粒物染毒组分还显著升高了胞内TNF-α mRNA的相对表达量；PM2.5水溶性组分对细胞生长几乎不表现出任何作用，显著降低了胞内LDH、SOD活力，升高了胞内TNF-α mRNA的相对表达量；内毒素染毒组对细胞染毒时可对细胞生长表现出一定的促进作用，可以升高胞内LDH活力，可显著升高胞内TNF-α mRNA的相对表达量。. 动物气溶胶吸入染毒实验结果表明，PM2.5完全颗粒物和PM2.5单纯颗粒物攻毒后，动物会出现不同程度的肺部炎症，血清中也能检测到部分炎性相关因子的升高，肺灌洗液中可检测到IL-1b、IL-6、IL-8、TNF-α、MIP-2等的显著升高，病理切片结果也显示，颗粒物对动物攻毒后动物肺脏损伤更为严重。动物攻毒后血液中白细胞、中性粒细胞等数量有所升高，CRP、LDH等升高显著，说明颗粒物在对动物肺脏造成炎性损伤的同时有一定的肝脏毒性；而氧化损伤指标的测定结果则显示，颗粒物攻毒后可能对动物心脏和肝脏造成的影响更为显著。