段肖肖（綜述） 劉思秀，2△（審校）

（1復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系 上海 200438；2復(fù)旦大學(xué)上海市大氣顆粒物污染與防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 上海200438）

近年來(lái)，我國(guó)受大氣污染影響的城市日漸增多，霧霾天氣頻發(fā)，對(duì)人體健康和氣候變化產(chǎn)生極大的威脅。隨著環(huán)境檢測(cè)手段的發(fā)展與完善，人們對(duì)空氣中污染物的組成和變化規(guī)律有了更進(jìn)一步的了解，相應(yīng)的空氣污染帶來(lái)的疾病亦成為關(guān)注的焦點(diǎn)。流行病學(xué)調(diào)查顯示：空氣中的污染物尤其是細(xì) 顆粒 物（fine particulate matter，PM2.5）與 呼 吸系統(tǒng)［1-2］、心血管系統(tǒng)［3］、中樞神經(jīng)系統(tǒng)［4-5］、生殖系統(tǒng)等方面疾病密切相關(guān)。但是目前為止，有關(guān)PM2.5的綜述大部分停留在健康效應(yīng)影響層面，對(duì)人體健康影響的生物學(xué)效應(yīng)機(jī)制尚不清楚，因此PM2.5的致病機(jī)制仍是大氣環(huán)境對(duì)人體健康影響的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)PM2.5對(duì)人體健康的影響，從PM2.5的組分、來(lái)源、對(duì)人體健康的危害及相關(guān)機(jī)制研究進(jìn)行綜述。

PM2.5的組成及來(lái)源PM2.5又稱(chēng)細(xì)顆粒物，是指環(huán)境空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm 的顆粒物。其物理特性為粒徑小、比表面積大、活性強(qiáng)，極易吸附有毒、有害物質(zhì)，在大氣中停留時(shí)間長(zhǎng)，不易消除。研究表明，PM2.5占可吸入性顆粒物的比重日益增大，能隨人體呼吸運(yùn)動(dòng)進(jìn)入肺泡甚至血液循環(huán)［1］，對(duì)人體健康有極大影響，甚至可導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

依據(jù)化學(xué)組成成分不同，PM2.5主要分為無(wú)機(jī)成分和有機(jī)成分。組成成分不同，造成的毒性效應(yīng)也不同。無(wú)機(jī)成分包括金屬、非金屬和過(guò)渡金屬，主要的細(xì)胞毒性表現(xiàn)為氧化性損傷和炎癥。有機(jī)成分包括碳類(lèi)、多環(huán)芳烴類(lèi)、醌類(lèi)，能引發(fā)炎癥、基因毒性及細(xì)胞活性降低甚至癌變。而其中的水溶性成分對(duì)人體的損傷主要表現(xiàn)為細(xì)胞活性降低、細(xì)胞凋亡及DNA 損傷。PM2.5的生物組成成分包括真菌、細(xì)菌等有生命的粒子，花粉、孢子等活性粒子，以及有生命活性的機(jī)體釋放的各種粒子，對(duì)人體健康的危害主要表現(xiàn)為過(guò)敏性疾病和感染性疾病。

PM2.5的組成成分中有機(jī)碳含量最高，具體成分因來(lái)源不同而不同，并且受?chē)?guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)狀況、能源結(jié)構(gòu)、管理模式以及季節(jié)等各項(xiàng)因素的影響［6］。PM2.5的來(lái)源主要分為自然源和人為源兩類(lèi)，自然源即地面揚(yáng)塵、海鹽、火山灰、花粉、真菌孢子、森林火災(zāi)產(chǎn)物等，人為源主要包括汽車(chē)尾氣、化石燃料的不完全燃燒、工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的揮發(fā)物等［7］。目前，在世界范圍內(nèi)，化石燃料的燃燒，工業(yè)、交通、發(fā)電廠等人為途徑是PM2.5的主要來(lái)源；此外，室內(nèi)活動(dòng)（吸煙、燒柴火、打印等）以及自然界的活動(dòng)（火災(zāi)、地殼活動(dòng)）也可產(chǎn)生PM2.5。

PM2.5 對(duì)人體健康的危害及致病機(jī)制PM2.5進(jìn)入人體后，一方面可穿過(guò)氣血屏障隨血液到達(dá)全身各處，另一方面可通過(guò)引發(fā)肺部炎癥及氧化應(yīng)激等，作用于全身誘發(fā)各種疾?。▓D1）。

呼吸系統(tǒng) 由于呼吸系統(tǒng)與外界環(huán)境直接接觸，顆粒物進(jìn)入人體最重要的途徑是直接經(jīng)呼吸系統(tǒng)吸收。顆粒物經(jīng)鼻腔-咽喉-氣管到達(dá)肺泡后可在肺泡沉積，顆粒物粒徑越小，到達(dá)人體的部位越深，且粒徑越小，比表面積越大，其吸附的有毒物質(zhì)越多，毒性作用也越大。一方面，PM2.5能深入肺部，其中的有機(jī)成分、表面富含的鐵、銅、鋅、錳等過(guò)渡元素以及多環(huán)芳烴和脂多糖等成分可以誘導(dǎo)肺部自由基的產(chǎn)生，腐蝕肺泡壁，從而損傷肺功能［8-10］。另一方面，PM2.5常常附著多種病原體和過(guò)敏性蛋白，當(dāng)人體免疫力較差時(shí)，這些病原體和過(guò)敏性蛋白通過(guò)呼吸道進(jìn)入人體內(nèi)，易引起支氣管炎、肺炎、肺結(jié)核等呼吸道感染性疾病和呼吸道過(guò)敏性疾?。?-11］。

研究表明：長(zhǎng)期暴露在PM2.5環(huán)境中，不僅會(huì)顯著增加哮喘［12-14］、呼吸系統(tǒng)炎癥［15-16］、肺功能損傷［17-18］等呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率，還會(huì)增加肺癌的死亡率。美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)（American Cancer Society，ACS）主持的隊(duì)列研究對(duì)120 萬(wàn)美國(guó)成人進(jìn)行了26 年的跟蹤研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5濃度每增加10 μg/m3，肺癌死亡率增加15%～27%。慢性肺部疾病患者的這一風(fēng)險(xiǎn)甚至更高［8，19］。

在呼吸系統(tǒng)疾病中，PM2.5可以深入肺部，刺激和腐蝕肺泡壁，從而損害肺功能。研究表明，PM2.5主要通過(guò)氧化應(yīng)激和巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫炎癥反應(yīng)引起肺部炎癥。外來(lái)物質(zhì)PM2.5進(jìn)入肺泡后，刺激肺泡產(chǎn)生吞噬細(xì)胞進(jìn)行吞噬，過(guò)度的吞噬使氧化應(yīng)激反應(yīng)加劇，從而刺激肺泡巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量具有強(qiáng)氧化性的氧自由基，氧化系統(tǒng)-抗氧化系統(tǒng)便失衡，肺部支氣管上皮細(xì)胞及肺泡細(xì)胞活動(dòng)能力下降，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞膜受損［20］。此外，該反應(yīng)還可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失衡，使炎癥反應(yīng)加劇或延長(zhǎng)，可能形成慢性炎癥［21］。在免疫炎癥反應(yīng)機(jī)制中，受到PM2.5等物質(zhì)的刺激，具有吞噬殺菌作用的促炎細(xì)胞會(huì)大量分泌促炎細(xì)胞因子，促進(jìn)機(jī)體炎癥反應(yīng)活動(dòng)，造成機(jī)體損傷［22］。PM2.5致病的分子機(jī)制主要通過(guò)引起自由基或活性氧（reactive oxygen species，ROS）的過(guò)量產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)。暴露于PM2.5后，核轉(zhuǎn)移因子E2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）激 活 血 紅 素加 氧 酶1（heme oxygenase 1，HMOX1）和 谷 胱 甘 肽-S- 轉(zhuǎn) 移 酶（glutathione-S-transferase，GSTP）等基因上調(diào)，降低細(xì)胞的抗氧化能力，引起氧化應(yīng)激反應(yīng)以及ABCC1、ABCC4、白細(xì)胞介素（interleukins，IL）-6、IL-8 等炎癥因子表達(dá)上調(diào)［23-24］。在肺損傷相關(guān)的小鼠實(shí)驗(yàn)中，PM2.5還可通過(guò)介導(dǎo)TGF-β1/Smad 通路，進(jìn)一步增強(qiáng)核因子-κB（nuclear factor-kappa B，NFκB）的活化，引起炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致肺功能損傷［25］。

心血管系統(tǒng) 顆粒物不僅可以直接引起肺損傷，還可作用于其他組織器官，尤其是心血管系統(tǒng)。顆粒物主要通過(guò)以下途徑對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生影響：顆粒物沉積在肺部，先引起低程度的炎癥，隨后引起肺泡和心血管系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)；更小的顆粒直接進(jìn)入血液循環(huán)，對(duì)心血管系統(tǒng)造成直接損傷；顆粒物與肺內(nèi)受體或神經(jīng)相互作用干擾自主神經(jīng)系統(tǒng)［26-27］。研究表明，PM2.5可導(dǎo)致血液黏稠度升高、血管收縮增強(qiáng)，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生及局部缺血和血栓的形成，進(jìn)一步導(dǎo)致冠心病、腦梗死、心力衰竭等心血管疾病的發(fā)生增加［26-27］。Nurkiewicz 等［28］的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，長(zhǎng)期暴露在較高濃度的PM2.5中會(huì)使動(dòng)脈粥樣硬化程度加重，使動(dòng)脈粥樣斑塊處于不穩(wěn)定狀態(tài)。PM2.5還可能通過(guò)影響自主神經(jīng)系統(tǒng)，引起心律失常或冠狀動(dòng)脈血管張力的改變［29］。ACS 在2002 年的研究表明，大氣PM2.5濃度每增加10 μg/m3，心血管系統(tǒng)疾病死亡率上升3%～76%［30］。

在心血管疾病中，PM2.5誘導(dǎo)JNK 磷酸化，細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal regulatory kinase，ERK）、p38MAPK 和AKT 以及NF-κB 的活化［31］。細(xì) 胞 間 黏 附 分 子-1（intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1）和血 管 黏 附 分子-1（vascular adhesion molecule-1，VCAM-1）的表達(dá)以及細(xì)胞間的黏附作用與PM2.5誘導(dǎo)的時(shí)間和濃度呈正相關(guān)。PM2.5誘導(dǎo)的ROS 可能通過(guò)激活ERK/AKT/NF-κB途徑觸發(fā)信號(hào)分子ICAM-1 和VCAM-1 的表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)單核細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，介導(dǎo)心血管相關(guān)疾病氧化應(yīng)激反應(yīng)。

中樞神經(jīng)系統(tǒng) 中樞神經(jīng)系統(tǒng)（central nervous system，CNS）是人體神經(jīng)系統(tǒng)最主體的部分，負(fù)責(zé)傳遞、儲(chǔ)存和加工信息，支配人的全部行為。隨著大氣污染程度加劇，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響亦日漸嚴(yán)重。高濃度的PM2.5會(huì)增加阿爾茨海默病、帕金森病、腦血管疾病等的發(fā)病率，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)可造成嚴(yán)重的短期、甚至長(zhǎng)期的神經(jīng)變性，還會(huì)造成神經(jīng)認(rèn)知功能損傷［32-34］。長(zhǎng)期暴露在高濃度的空氣污染物中，污染物會(huì)損害上皮和內(nèi)皮屏障，破壞血腦屏障的完整性，進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起神經(jīng)細(xì)胞的氧化損傷［35］。顆粒物可通過(guò)嗅神經(jīng)傳導(dǎo)的通路進(jìn)入大腦。此外，顆粒物也可能通過(guò)肺部誘導(dǎo)產(chǎn)生炎性介質(zhì)，通過(guò)氣血屏障進(jìn)入血液循環(huán)，從而影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)［34，36］。

美國(guó)南加州大學(xué)學(xué)者發(fā)表了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)11 年之久的流行病學(xué)研究結(jié)果［37］，認(rèn)為如果長(zhǎng)期暴露在高于美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（environmental protection agency，EPA）規(guī)定的PM2.5濃度（12 μg/m3）下，老年女性患癡呆的概率會(huì)增加一倍。

研究表明，神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生與Nrf2 通路和NF-κB 信號(hào)通路有關(guān)，但是具體的機(jī)制并不完全了解［38-39］。PM2.5通過(guò)誘導(dǎo)產(chǎn)生腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、IL-6 和IL-1β 等主要炎性細(xì)胞因子基因或蛋白，激活Nrf2 信號(hào)通路。PM2.5可提高下丘腦中超氧自由基、過(guò)氧化氫和丙二醛的水平，降低SOD 活性，加強(qiáng)氧化應(yīng)激水平。此外，PM2.5可能通過(guò)上調(diào)NF-κB 信號(hào)通路激活而誘導(dǎo)下丘腦炎性基因表達(dá)，并引起神經(jīng)元興奮性突觸傳遞。

生殖系統(tǒng) 隨著對(duì)PM2.5研究的不斷深入，其研究熱點(diǎn)從呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)逐漸擴(kuò)展到生殖系統(tǒng)。Dejmek 等［40］研究人員對(duì)波希米亞北部的一組孕婦進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)暴露于髙濃度PM2.5（＞37 μm/m3）的孕婦出現(xiàn)宮內(nèi)發(fā)育遲緩的機(jī)率為2.11，表明高濃度的PM2.5污染可能會(huì)影響胚胎的發(fā)育。研究發(fā)現(xiàn)：PM2.5會(huì)影響人體胎盤(pán)線(xiàn)粒體甲基化、激素分泌及氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而影響胚胎細(xì)胞的發(fā)育模式，對(duì)整個(gè)胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生不同程度的影響［41-42］?？諝庵械挠泻ξ镔|(zhì)通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入血液后，會(huì)隨著血液循環(huán)進(jìn)入生殖系統(tǒng)，導(dǎo)致體內(nèi)自由基增多，造成生殖細(xì)胞發(fā)育不良或遺傳物質(zhì)被破壞，從而導(dǎo)致男性精子質(zhì)量降低、女性自發(fā)性流產(chǎn)或者新生兒低能［43］。PM2.5對(duì)男性的影響主要通過(guò)改變血睪屏障的完整性影響精子的生成及質(zhì)量，嚴(yán)重者還會(huì)引起睪丸組織損傷，降低生育能力。體內(nèi)自由基不能及時(shí)清除，還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)耗氧量大的腦部器官造成影響，影響性激素的分泌，甚至損傷肝腎功能。PM2.5對(duì)女性的影響主要體現(xiàn)在卵巢生產(chǎn)原始卵泡的能力降低，導(dǎo)致生殖潛力降低。此外，PM2.5還會(huì)誘發(fā)卵巢和胎盤(pán)內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)，降低孕期體內(nèi)內(nèi)分泌激素的分泌水平，改變胎盤(pán)組織中線(xiàn)粒體的甲基化，影響妊娠甚至產(chǎn)生胎盤(pán)毒性，引起胎兒畸形等［44］。

生殖系統(tǒng)相關(guān)的顆粒物毒性研究中，嚴(yán)超［45］在小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)顆粒物能激活PI3K/AKT 信號(hào)通路，引起活性氧自由基生成增加，細(xì)胞功能異常。PM2.5暴露組睪丸組織中cx43 連接蛋白表達(dá)下降，血睪屏障破壞。張豐泉等［46］研究了Nrf2 信號(hào)通路在PM2.5誘導(dǎo)的雌性生殖損傷中的作用，研究表明，暴露于PM2.5后，Nrf-2 信號(hào)通路被激活，但子宮炎性因子TNF-α、IL-1β 和IL-6 含量明顯升高，抗氧化代謝途徑激活后PM2.5依然能誘發(fā)子宮炎癥反應(yīng)，造成子宮組織損傷。

內(nèi)分泌系統(tǒng) 長(zhǎng)期暴露于高濃度PM2.5環(huán)境中，除了導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病及生殖系統(tǒng)疾病，也會(huì)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)［47］等產(chǎn)生不良影響。PM2.5的暴露可引起青少年糖化血紅蛋白、血脂及血壓的改變，影響人體葡萄糖和脂質(zhì)代謝以及炎癥功能，增加糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［47］。

在PM2.5的暴露與糖尿病、肥胖以及肥胖相關(guān)的代謝功能障礙的機(jī)制研究中，涉及NF-κB、PTKs 等信號(hào)通路。PM2.5通過(guò)觸發(fā)Nrf2 介導(dǎo)的氧化應(yīng)答，激活JNK 介導(dǎo)的信號(hào)通路，影響葡萄糖和脂質(zhì)代謝，影響氧化應(yīng)激反應(yīng)和炎癥的發(fā)生。長(zhǎng)期暴露在PM2.5中，細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)氨酶（aminotransferase，AST）和丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶（alanine aminotransferase，ALT）濃度升高，抑制糖原合成，葡萄糖水平升高。PM2.5暴露顯著增加了Nrf2 和Nrf2 調(diào)節(jié)的抗氧化基因的表達(dá)，誘發(fā)脂肪組織中的胰島素抵抗。此外，PM2.5激活了JNK 信號(hào)傳導(dǎo)途徑，增加了胰島素受體底物（insulin receptor substrate-1，IRS-1）磷酸化，降低了AKT 磷酸化［48］，即激活的JNK 信號(hào)傳導(dǎo)途徑抑制了IRS-1/ AKT 信號(hào)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗。PM2.5有機(jī)顆粒物中的多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是廣泛的環(huán)境污染物，PAHs 具有高度脂溶性并聚集在脂肪組織中，影響人體葡萄糖和脂質(zhì)代謝以及炎癥功能。而在脂肪組織中，高分子量的PAHs 通過(guò)影響IRS-2 基因的甲基化，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，介導(dǎo)胰島素抵抗而致?。?9］。此外，PM2.5還可通過(guò)改變趨化因子受體2（chemokine receptor 2，CCR2）信號(hào)通路，影響內(nèi)臟脂肪組織炎癥、肝細(xì)胞的脂代謝和骨骼肌的糖代謝等，而致胰島素抵抗［50］。

消化系統(tǒng) 暴露于PM2.5環(huán)境中會(huì)導(dǎo)致腸道菌群改變，消化系統(tǒng)疾病增加，其潛在的生物學(xué)機(jī)制尚未完全明確。研究表明：PM2.5顯著增加或降低特定細(xì)菌和真菌群落的相對(duì)豐富度，影響腸內(nèi)細(xì)菌和真菌群落的組成，腸道菌群可能在葡萄糖代謝的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中起重要作用［51］。然而，PM2.5是否會(huì)導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致葡萄糖代謝（如葡萄糖和胰島素耐受性）異常，其相關(guān)腸類(lèi)疾病機(jī)制仍有待確定。此外，空氣中的顆粒物對(duì)腸上皮細(xì)胞具有直接作用，通過(guò)誘導(dǎo)ROS 產(chǎn)生增加腸上皮細(xì)胞透性，允許微生物代謝產(chǎn)物和顆粒物質(zhì)進(jìn)入固有層，并增加與免疫細(xì)胞的相互作用［52］，影響人體的消化系統(tǒng)。

綜上所述，PM2.5對(duì)人體健康最重要的致病機(jī)制是通過(guò)影響ROS 的生成，產(chǎn)生氧化應(yīng)激引起炎癥反應(yīng)。此外，PM2.5會(huì)引發(fā)炎癥損傷，對(duì)染色體和DNA等［53-54］不同水平的遺傳物質(zhì)產(chǎn)生毒性作用。PM2.5進(jìn)入人體細(xì)胞后，表面的可溶性化學(xué)組分在過(guò)渡金屬作用下可與線(xiàn)粒體中的還原型輔酶Ⅱ反應(yīng)，生成活性氧物質(zhì)。同時(shí)，進(jìn)入人體的PM2.5可對(duì)巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞形成威脅，從而引發(fā)炎癥，產(chǎn)生過(guò)氧化亞硝酸離子。ROS 和過(guò)氧化亞硝酸離子可參與細(xì)胞的增殖分化、凋亡和壞死等多種病理生理過(guò)程，引發(fā)DNA、RNA 損傷，導(dǎo)致細(xì)胞突變和遺傳物質(zhì)改變。

PM2.5致病相關(guān)分子機(jī)制研究現(xiàn)狀

氧化應(yīng)激信號(hào)通路Keap1-Nrf2-ARE 為了防止外界環(huán)境的侵?jǐn)_，維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)，哺乳動(dòng)物有一套復(fù)雜而且嚴(yán)密的信號(hào)通路機(jī)制，可以及時(shí)關(guān)閉或者開(kāi)啟抗氧化系統(tǒng)。Keap1-Nrf2-ARE 信號(hào)通路是其中一個(gè)重要的代表性通路［55］。它可使機(jī)體調(diào)節(jié)保護(hù)性基因的表達(dá)量升高，用以對(duì)抗氧化應(yīng)激反應(yīng)。堿性亮氨酸拉鏈蛋白家族成員轉(zhuǎn)錄因子Nrf2是該通路上的重要轉(zhuǎn)錄因子。研究證明：Nrf2 主要調(diào)控ARE，通過(guò)ARE 控制下游基因的轉(zhuǎn)錄［55］。正常的生理?xiàng)l件下，Nrf2 和Keap1 被束縛于胞質(zhì)內(nèi)，活性 被抑制，當(dāng)活 性氧ROS 刺激時(shí)，Nrf2 和Keap1 解偶聯(lián)后通過(guò)核定位序列進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，與Maf 蛋白結(jié)合后形成異二聚體，二聚體識(shí)別ARE 后與之結(jié)合，啟動(dòng)目的基因表達(dá)。Nrf2 缺失或者失活，細(xì)胞對(duì)應(yīng)激原的敏感性增加，導(dǎo)致炎癥修復(fù)延長(zhǎng)、發(fā)生化學(xué)促癌現(xiàn)象以及細(xì)胞凋亡等病變［56-57］。該信號(hào)通路將為抗炎癥、凋亡以及抗腫瘤提供新的方向。

Nrf2 和免疫應(yīng)答機(jī)制有非常密切的關(guān)系。Nrf2基因被敲除的小鼠更容易發(fā)生炎癥反應(yīng)，香煙的氧化物質(zhì)能激活肺的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生ROS，招募免疫反應(yīng)相關(guān)的細(xì)胞聚集在肺內(nèi)，而這些炎性反應(yīng)的積累被認(rèn)為是細(xì)胞癌變的信號(hào)。研究證明：PM2.5觸發(fā)了細(xì)胞內(nèi)ROS 的聚集，促使Nrf2 的表達(dá)量增加，并進(jìn)入核內(nèi)與ARE 結(jié)合，啟動(dòng)ARE 控制的包括HO-1、GST、NQO1 在內(nèi)的酶Ⅱ相系統(tǒng)抗氧化酶的轉(zhuǎn)錄激活，引發(fā)了AKT 的磷酸化及下游HO-1 的表達(dá)［58］。Nrf2 調(diào)控HO-1 和其他酶Ⅱ相系統(tǒng)的抗氧化酶，在細(xì)胞抵抗氧化脅迫中起到防止基因突變導(dǎo)致的腫瘤發(fā)生的作用，PM2.5的暴露干擾樹(shù)突細(xì)胞中Nrf2 的表達(dá)，導(dǎo)致氧化脅迫增高及免疫應(yīng)答紊亂［59］。Nrf2是細(xì)胞抵抗氧化脅迫、毒素和空氣污染非常關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。深入研究Nrf2 介導(dǎo)的ROS 的脅迫防御系統(tǒng)，有助于制訂與空氣污染相關(guān)的疾病防治新策略。

炎癥MAPKs 通路 MAPKs 信號(hào)通路主要包括3 種途徑：p38MAP 激酶（p38 MAP kinase）途徑、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）途徑和c-Jun 氨基末端激酶（c-Jun Nterminal protein kinase，JNK）途徑。其激活需要有不同的刺激物。目前的研究表明，MAPK 信號(hào)通路參與調(diào)控了一系列炎癥、氧化應(yīng)激等病理過(guò)程，在調(diào)控細(xì)胞基因的表達(dá)中起重要作用，包括：將細(xì)胞外信號(hào)傳遞入胞內(nèi)，可磷酸化下游的蛋白激酶、細(xì)胞內(nèi)的底物以及轉(zhuǎn)錄因子，用以調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、分化以及凋亡等生理過(guò)程。MAPKs 信號(hào)通路可以被很多種因素激活，這些因素包括氧化應(yīng)激、滲透壓的改變、毒素、PM2.5和藥物等。實(shí)驗(yàn)證實(shí)PM2.5可同時(shí)觸發(fā)MAPK 信號(hào)通路的3 條途徑：p38MAPK，ERK 和c-Jun 途 徑，并 啟 動(dòng) 炎 性反應(yīng)［59-61］。

與細(xì)胞增殖、分化、凋亡等密切相關(guān)的PI3K-Akt信號(hào)通路 腫瘤血管生成是腫瘤發(fā)生轉(zhuǎn)移的必要條件。PI3K 通過(guò)與其他因子形成復(fù)合物，參與血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）介導(dǎo)的內(nèi)皮信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，PI3K-Akt 通路能促進(jìn)腫瘤壞死因子誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，調(diào)節(jié)腫瘤血管生成，是腫瘤持續(xù)血管生成的重要信號(hào)通路。研究證實(shí)：PM2.5刺激能夠促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的腫瘤新生血管生成。VEGF 是促進(jìn)腫瘤血管形成的重要調(diào)節(jié)因子［62］。PM2.5誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞合成和釋放VEGF、內(nèi)皮細(xì)胞向腫瘤組織遷移，以芽生方式形成腫瘤血管。香煙煙霧等PM2.5可以增加VEGF 的分泌，促進(jìn)腫瘤血管形成［59，63］。PM2.5誘導(dǎo)的ROS 能夠作為信號(hào)分子激活Nrf2 介導(dǎo)的細(xì)胞防御系統(tǒng)，例如通過(guò)PI3K/AKT 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來(lái)對(duì)抗PM2.5引發(fā)的氧化脅迫［59，63-64］。

P53 是一個(gè)重要的介導(dǎo)DNA 損傷引起細(xì)胞凋亡的蛋白，屬于腫瘤抑制蛋白，活化后的P53 通過(guò)調(diào)節(jié)很多基因表達(dá)，參與細(xì)胞的周期阻滯、分化、增殖、凋亡、壞死以及衰老等生命進(jìn)程［59，64-65］。P53 的出核轉(zhuǎn)運(yùn)是它發(fā)生降解的關(guān)鍵步驟，其轉(zhuǎn)移過(guò)程受到Mdm2（murine double minute2）途 徑 的 調(diào) 控，Mdm2 是一種P53 負(fù)反饋調(diào)控因子［65］。而在細(xì)胞周期調(diào)節(jié)過(guò)程中，Mdm2 是Akt 的直接作用底物。當(dāng)Mdm2 與P53 結(jié)合之后會(huì)介導(dǎo)P53 向細(xì)胞核外轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)P53 降解。P53 的水平和功能能夠被Mdm2泛素連接酶抑制，使P53 的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能失活。Akt能結(jié)合Mdm2 并使其磷酸化，誘導(dǎo)核輸入或上調(diào)泛素連接酶的活性，促進(jìn)P53 的失活或降解［66］。

PM2.5能夠引發(fā)Akt 的磷酸化，在蛋白水平抑制Mdm2 和P53 的表達(dá)，暴露在柴油尾氣中的巨噬細(xì)胞被檢測(cè)到磷酸化的P53 上調(diào)，而Mdm2 和P53 顯著下調(diào)［67］，證實(shí)了柴油尾氣會(huì)引發(fā)P53 的磷酸化，Mdm2 在P53 介導(dǎo)的凋亡通路中起到關(guān)鍵作用。在世界各地被報(bào)道的8 000 多名癌癥患者中，檢測(cè)到的Mdm2 基因異常表達(dá)的超過(guò)10%，柴油尾氣引發(fā)的Mdm2 和P53 關(guān)系的失衡與肺癌的發(fā)生有一定的相關(guān)性［68］。

炎性損傷NF-κB 信號(hào)通路 PM2.5的刺激會(huì)引起機(jī)體炎癥相關(guān)因子轉(zhuǎn)錄水平的增加，造成炎性損傷［69］。NF-κB 是機(jī)體炎性損傷中最早出現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子之一，也是調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因子之一。這個(gè)蛋白家族可以與多種基因的啟動(dòng)子部位的NFκB 位點(diǎn)發(fā)生特異性結(jié)合，促進(jìn)轉(zhuǎn)錄表達(dá)。NF-κB 可以被氧化應(yīng)激、細(xì)菌脂多糖等多種刺激活化，活化后的NF-κB 能夠調(diào)節(jié)前炎癥性細(xì)胞因子、轉(zhuǎn)錄因子等的生成。NF-κB 轉(zhuǎn)錄水平升高，釋放炎性因子，激活細(xì)胞因子的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥損傷［69］。

研究指出NF-κB 介導(dǎo)了PM2.5對(duì)人肺上皮細(xì)胞的毒性［70］。Nam 等［9］發(fā)現(xiàn)PM2.5通過(guò)產(chǎn)生ROS 誘導(dǎo)NF-κB 產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)研究證明：中等劑量的PM2.5刺激細(xì)胞，可導(dǎo)致NF-κB 的活化，NF-κB 的活化能夠調(diào)控一系列的基因的表達(dá)，包括P-選擇素、前炎癥性細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6 等。近年來(lái)，炎癥被認(rèn)為是腫瘤發(fā)生和發(fā)展的一個(gè)重要的生物學(xué)惡性行為之一。

細(xì)胞自噬PI3k-Akt-mTOR 等信號(hào)通路 細(xì)胞自噬是一種保守的細(xì)胞自我降解方式，通過(guò)溶酶體降解受損的細(xì)胞質(zhì)成分以維持細(xì)胞間的穩(wěn)態(tài)，被認(rèn)為在PM2.5引起的細(xì)胞毒性中起關(guān)鍵作用［71］。近年來(lái)，PM2.5與細(xì)胞自噬的機(jī)制有了更進(jìn)一步的研究。然而，在PM2.5誘導(dǎo)的疾病中，自噬的確切作用以及自噬介導(dǎo)的細(xì)胞死亡的潛在機(jī)制仍不清楚。

自噬調(diào)節(jié)涉及多種信號(hào)通路，如PI3k-AktmTOR、AMPK、NK-κB、MAPK、Erk 等信號(hào)通路。其中，PI3k-Akt-mTOR 是最經(jīng)典也是研究最多的信號(hào)通路。LC3 和p62 在PI3k-Akt-mTOR 信號(hào)通路中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是細(xì)胞自噬常見(jiàn)的標(biāo)志物。研究表明：PM2.5可增加LC3 的表達(dá)量，促進(jìn)LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉(zhuǎn)化，降低p62 mRNA 和蛋白水平，通過(guò)氧化應(yīng)激介導(dǎo)的PI3K/AKT/mTOR 通路誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，且呈濃度依賴(lài)性［72-74］。

此外，一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）也參與自噬調(diào)控，在許多有害的刺激下，NOS2 的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞毒性。Zhu 等［75］的研究證明PM2.5可以快速、特異性地誘導(dǎo)NOS2 表達(dá)和NO生成，提高人支氣管上皮細(xì)胞的自噬水平，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。但是NO 如何觸發(fā)自噬小體的形成以及PM2.5導(dǎo)致細(xì)胞死亡的確切成分還需要進(jìn)一步分析。

綜 上 所 述，PM2.5暴 露 觸 發(fā)Nrf2、AKT 的 磷 酸化，激 活ERK1/2，p38 MAPK 及NF-κB 的 表 達(dá)，PM2.5在細(xì)胞中具有誘導(dǎo)細(xì)胞毒性和自噬作用。Nrf2 是MAPK 級(jí)聯(lián)反應(yīng)蛋白激酶的反應(yīng)底物［76］，對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)性作用，導(dǎo)致抗氧化酶和Ⅱ相解毒酶的轉(zhuǎn)錄活性提高，而當(dāng)這些保護(hù)性的通路不能提供足夠的保護(hù)，在ROS 繼續(xù)增加的情況下，就會(huì)產(chǎn)生炎性反應(yīng)以及細(xì)胞毒性。氧化還原敏感的MAPK途徑調(diào)控促炎性反應(yīng)，NF-κB 的釋放導(dǎo)致了細(xì)胞因子、黏附因子的產(chǎn)生。同時(shí)線(xiàn)粒體調(diào)控細(xì)胞毒性效應(yīng)，產(chǎn)生促凋亡因子。PI3K 促使肌動(dòng)蛋白的微絲骨架解聚，Keap1-Nrf2 解離，發(fā)生核轉(zhuǎn)移，PI3K 的過(guò)表達(dá)能夠激活A(yù)RE基因的轉(zhuǎn)錄活性［69］，而ARE本身受Nrf2 的調(diào)控。PM2.5刺激引發(fā)的上述信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路都與腫瘤的發(fā)生有一定相關(guān)性，然而現(xiàn)有的研究在PM2.5暴露后細(xì)胞內(nèi)這幾條通路的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制、最終引發(fā)原癌基因表達(dá)、啟動(dòng)的其他相關(guān)致癌信號(hào)通路，及這些通路與癌細(xì)胞生成的明確關(guān)系上并未有更進(jìn)一步的詳細(xì)闡明（圖2），特別是在蛋白水平上尚存較大的研究空白。

結(jié)語(yǔ)隨著城市化加劇，空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)重。空氣中的顆粒物對(duì)人體健康產(chǎn)生了巨大影響。顆粒物的毒性與顆粒直徑大小密切相關(guān)，細(xì)胞接觸的顆粒物粒徑越小，比表面積越大，所吸附的有毒物質(zhì)越多，其可能造成的氧化應(yīng)激水平越高，疾病發(fā)生的概率越大。大量研究表明，PM2.5與呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、性生殖系統(tǒng)等疾病有密切的關(guān)系。其化學(xué)組成成分復(fù)雜，不同的成分來(lái)源與毒性作用不同。毒性作用機(jī)制中，PM2.5主要通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)、疾病相關(guān)基因多態(tài)性與DNA 甲基化、介導(dǎo)相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控、誘發(fā)信號(hào)通路改變等途徑來(lái)致病，涉及TGF-β、NF-κB、Nrf2、AKT 等多種分子機(jī)制。雖然，已經(jīng)證明暴露于高濃度顆粒物中可以引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，但是具體的致病機(jī)制及病因并不完全明確。因此，在今后的研究工作中，深入探究PM2.5與疾病的發(fā)生途徑以及分子機(jī)制成為重中之重，有助于預(yù)防和控制空氣污染以防范相關(guān)疾病的發(fā)生和惡化。