大气PM2.5诱导肺气血屏障损伤中自噬效应及其作用研究

Airborne PM2.5 can reach the alveoli, leading to a direct exposure on pulmonary blood-gas barrier. However, the effect and mechanism of exposure to PM2.5 on blood-gas barrier are not clear. In our previous work, we observed that airborne PM2.5 significantly induced autophagy in alveolar epithelial cells and pulmonary vascular endothelial cells. The current study is to investigate the role of autophagy in PM2.5-induced damage of alveolar epithelial cells and pulmonary vascular endothelial cells and to explore the signal mechanism. Moreover, an animal exposure model will be established to validate the role of autophagy in the ultrastructure change, toxicities (cell death, inflammatory effect, etc.) and permeability dysfunction of pulmonary blood-gas barrier caused by airborne PM2.5 in mice. This proposal will reveal the effect and mechanism of autophagy in the damage of pulmonary blood-gas barrier induced by PM2.5, and explore a new strategy for prevention and treatment of PM2.5-induced respiratory diseases.

大气PM2.5可以到达肺泡，对肺气血屏障产生直接暴露，但大气PM2.5对肺气血屏障的损伤作用及机制还不清楚。在我们前期工作观察到大气PM2.5可以显著诱导肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞的自噬效应的基础上，本课题拟进一步研究自噬在大气PM2.5导致肺泡上皮细胞和肺血管内皮细胞损伤中的作用及相关信号机制；构建动物暴露模型，验证大气PM2.5诱发小鼠肺气血屏障的超微结构改变、毒性效应（细胞死亡、炎性效应等）及通透性功能异常中自噬效应及其作用，从而揭示大气PM2.5诱导肺气血屏障损伤中自噬的作用及机制，以期探寻大气PM2.5导致呼吸系统疾病的新机制和防治的新策略。

大气PM2.5对人体的健康效应研究仍是当前环境科学与生命科学领域共同关注的热点和难点，也是大气环境健康基准研究的重点。由于PM2.5暴露健康效应复杂，而呼吸系统是PM2.5引起健康效应的关键起点。因此本项目通过采集北京地区冬季大气PM2.5,从细胞水平、动物水平系统研究了PM2.5暴露对呼吸系统肺泡气血屏障的损伤效应及机制，取得了如下主要的成果：（1）建立我国大气环境健康基准目标污染物筛选方法，提出包括PM2.5在内我国大气环境健康基准目标污染物候选清单，并完成表征了北京地区冬季PM2.5的典型化学组分；（2）从细胞及大鼠组织水平上揭示了大气PM2.5诱导肺气血屏障损伤中的自噬效应，证实自噬在大气PM2.5诱导肺气血屏障结构与功能损伤中的调控作用；（3）系统地阐明了PM2.5暴露引起的气血屏障组织中的肺上皮细胞、血管内皮细胞的代谢、炎性应激、氧化应激、细胞线粒体结构、细胞膜水孔通道、细胞屏障结构的改变效应，并发现PM2.5暴露引起一种叫做铁死亡的新的细胞死亡机制；（4）初步探索了吸附在细颗粒PM2.5上的非化学污染因子比如病毒成分的暴露健康效应及防治技术的研究，利用本课题组建立的病毒转化细胞模型，开展细胞转化过程中基因表达谱改变及生物学意义研究，在此基础上开展疾病快速监测技术和健康防护技术研发。研究结果为我国大气环境健康基准研究奠定科学基础，为制定大气PM2.5 健康防治策略提供科学依据。