朱紫馨 羅新華

1 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院感染科，貴州省貴陽市 550000；2 貴州省人民醫(yī)院感染科，貴州省貴陽市 550001

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口逐步向中大城市集中，城市化進程不斷加快，由此帶來的一系列問題會嚴重威脅城市居民的健康，其中最為突出的就是空氣污染問題。柴油車和汽油車使用化石燃料所產(chǎn)生的廢氣顆粒及其不完全燃燒所產(chǎn)生的炭黑(CB)等顆粒物(PM)是構(gòu)成城市大氣污染的主要物質(zhì)，而由細顆粒物造成的空氣污染對人體健康的危害甚至比沙塵暴更大[1-2]。粒徑10 μm以上的顆粒物，會被擋在人體的鼻子前面；粒徑在2.5～10 μm之間的顆粒物則能夠進入人體上呼吸道，其中部分可通過痰液等排出體外，部分被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對人體健康危害相對較小；而粒徑在2.5 μm以下的細顆粒物(PM2.5)即空氣動力學(xué)直徑≤2.5 μm 的氣溶膠粒子(直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的1/10)則不易被阻擋，對人體健康有很大的危害[3]。PM可增加暴露于其中普通人群罹患抑郁癥的風(fēng)險[4]；PM2.5表面可吸附大量重金屬、多環(huán)芳烴等有害物質(zhì)，可隨呼吸進入人體肺組織深部，其所攜帶的水溶性組分或非水溶性納米粒子經(jīng)由肺部毛細血管通過血液循環(huán)到達其他肺外器官[5]。流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，環(huán)境中的PM2.5每增加10 μg/m3，暴露人群的心血管疾病死亡事件增加11%[6]。肝臟作為代謝人體重要外源性化學(xué)物質(zhì)的解毒器官，對空氣污染同樣敏感，空氣污染可導(dǎo)致慢性肝病的發(fā)生發(fā)展。本文就空氣污染微顆粒對肝臟損害的可能機制及其與不同類型肝病關(guān)系的研究概況綜述如下。

1 空氣污染導(dǎo)致肝臟損傷的可能機制

1.1 全身廣泛的毒性效應(yīng) PM中的水溶性組分如重金屬等可轉(zhuǎn)移到肺外體循環(huán)中。馬葉冰等[7]運用碳粉顆粒霧化處理C57小鼠6周后，對小鼠全身多組織器官行HE及馬松染色進行觀察，除發(fā)現(xiàn)小鼠肺部膠原纖維增生沉積外，在小鼠胰臟、肝臟、心臟、小腸等器官均發(fā)現(xiàn)有碳粉顆粒沉積，且大都分布于巨噬細胞中。Zhang等[8]報道，長期PM暴露大鼠的線粒體超微結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，大鼠的空間學(xué)習(xí)及記憶能力也同時受損。由此可見，空氣污染并不只是對機體的肺部及皮膚產(chǎn)生損害，同時對全身多臟器造成毒性損傷。

1.2 氧化應(yīng)激效應(yīng)加劇 研究表明，空氣污染會增強機體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，暴露于高濃度PM的大鼠其腦血管的氧化應(yīng)激損傷指標(biāo)活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)、氮氧化物(NOX)、亞基gp91蛋白水平升高，而超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，氧化損傷效應(yīng)加劇。PM不斷產(chǎn)生的氧自由基會造成內(nèi)皮功能障礙，誘導(dǎo)單核細胞活化并通過體循環(huán)沉積在非特定器官的血細胞或血管內(nèi)皮細胞表面，這種作用可導(dǎo)致肝臟組織微循環(huán)的凝血酶原、肝細胞色素P450分解代謝反應(yīng)增強，產(chǎn)生更多的ROS進一步擴大氧化應(yīng)激效應(yīng)，造成肝組織受損[9-12]。

1.3 免疫反應(yīng)增強，炎癥因子聚集 研究[13-14]發(fā)現(xiàn)，吸入的PM與機體免疫細胞(如肺泡或細支氣管巨噬細胞)接觸，刺激機體固有免疫反應(yīng)，將促炎細胞因子釋放到血流中，這種炎癥環(huán)境可能會導(dǎo)致肝臟等器官的疾病進展；納米顆粒可以與肝臟Kupffer細胞相互作用，誘導(dǎo)IL-6、IL-1β等促炎性細胞因子的產(chǎn)生[15]。空氣污染造成的具體炎癥環(huán)境進一步啟動慢性肝病的發(fā)生發(fā)展。

1.4 DNA損傷及遺傳毒性 Franco等[16]運用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLCESI-MS/MS)法分析發(fā)現(xiàn)，PM高濃度暴露下小鼠的DNA氧化損傷產(chǎn)物8oxodGuo等在肝臟中的含量升高，認為PM會增加小鼠DNA的突變率，影響基因表達，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的活性降低。一些研究結(jié)果[17-19]顯示，產(chǎn)前PM暴露小鼠與其胎兒生長受限、低出生體重、早產(chǎn)均存在相關(guān)性；孕婦暴露在污染空氣中會引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，對妊娠產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致胎盤血管生成受損。Tsamou等[20-21]采用qRT-PCR分析210例母嬰胎盤組織中miRNA的表達情況發(fā)現(xiàn)，miR-21-5p、miR-146a-5p和miR-222-3p的表達水平與孕婦孕中期PM暴露水平呈負相關(guān)，而miR-20a-5p和miR-21-5p的表達水平與孕早期PM暴露水平呈正相關(guān)。鄭昕蕊等[22]所進行的動物實驗結(jié)果顯示，妊娠期空氣污染暴露可導(dǎo)致新生子代鼠心、肝、脾、肺、腎等主要臟器出現(xiàn)組織形態(tài)異常。李政一等[23]報道，妊娠期PM暴露小鼠所生子代數(shù)量減少，體重降低并出現(xiàn)無腦等畸形；小鼠成年后其肝臟組織中TGF-β1、α-SMA、CollagenⅢ蛋白表達水平升高，纖維化傾向明顯。

2 環(huán)境PM2.5的肝毒性作用

一項包含351 852名成人參與的橫斷面研究結(jié)果顯示，長期接觸PM2.5會導(dǎo)致肝酶水平增高，與谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)相比，谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)與PM2.5的關(guān)聯(lián)性更強；另有研究結(jié)果顯示，經(jīng)常暴露于城市空氣污染的警察的AST和ALT水平明顯高于辦公室工作人員。但值得關(guān)注的是，在PM2.5達到高濃度(約30 μg/m3)后PM2.5對AST水平的影響逐漸降低，但AST水平仍高于低PM2.5濃度時的水平(<18至20 μg/m3)，可能是因PM2.5達到一定水平時人體的反應(yīng)已經(jīng)飽和，之后由于超載而開始下降，而AST的升高與PM2.5濃度升高的關(guān)系并非呈現(xiàn)為單純的濃度-反應(yīng)曲線，肝臟可能可通過調(diào)控某種關(guān)鍵靶點而發(fā)揮保肝作用[24]。Hsieh等[25]報道，一項有74名美國兒童參與的研究結(jié)果顯示，交通相關(guān)的空氣污染與兒童的AST或ALT水平變化無關(guān)，但與兒童肝細胞凋亡標(biāo)志物細胞角蛋白18水平的升高相關(guān)，認為PM暴露人群的基因、飲食、出行方式等多種因素都會對其肝損傷結(jié)局產(chǎn)生影響。Maglione等[26]報道，將BALB/c小鼠長期放置于布宜諾斯艾利城市空氣[PM2.5平均值(33.63±3.05)μg/m3]中，其肝臟和心臟均會出現(xiàn)病理學(xué)結(jié)構(gòu)改變，氧化代謝指標(biāo)硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)、氨基轉(zhuǎn)氨酶(AST，ALT)在小鼠血清中的含量升高。最開始小鼠肝勻漿中SOD、過氧化氫酶(CAT)被激活，內(nèi)源性抗氧化物活性增強，以此抵抗PM的肝損傷，但隨著暴露時間的增加小鼠肝細胞脂質(zhì)蓄積增加，肝臟脂質(zhì)過氧化物水平增加，氧化調(diào)控失衡。付亞晨等[27]運用氣管注入法制作PM2.5大鼠染毒模型進行實驗發(fā)現(xiàn)，染毒大鼠血清 ALT及AST水平升高，肝臟SOD及谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活力降低，MDA含量升高；病理切片顯示染毒大鼠肝細胞排列紊亂，間質(zhì)重度充血，細胞固縮，雙核細胞增加，可見大量散在炎性細胞浸潤。秦雙建等[28]報道，對暴露于不同季節(jié)同一環(huán)境中的大鼠進行檢測研究發(fā)現(xiàn)，冬季PM2.5致大鼠肝損傷較夏季嚴重，認為可能與工業(yè)城市中冬季空氣中的重金屬、多環(huán)芳烴等有害化學(xué)物質(zhì)濃度高于夏季有關(guān)；采空氣樣品過濾冷凍干燥后制成PM2.5樣品混懸液對LO2肝細胞進行染毒處理觀察發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度升高，使得c-myc、c-fos、Caspase-3、Caspase-8表達水平顯著升高，而抑癌基因P53、抑制凋亡指標(biāo)p53、Bcl-2表達水平下降，認為PM2.5對L02肝細胞的促凋亡相關(guān)基因和促癌基因具有一定的促進與激活作用[28]。

3 PM2.5與脂肪肝的關(guān)系

研究結(jié)果[29]顯示，大鼠暴露于PM2.5中可誘導(dǎo)其肝臟出現(xiàn)綜合性脂質(zhì)積聚、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肝臟出現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎(NASH)樣表型。盡管非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的發(fā)病機制尚未完全闡明，但脂肪變性被認為在NAFLD的進展中起著首要作用，但作為代謝紊亂的一種，肝臟脂質(zhì)積聚與胰島素抵抗(IR)密切相關(guān)，胰島素受體底物-1(IRS-1)負責(zé)胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，而其磷酸化會導(dǎo)致胰島素途徑激活[30-32]。Zheng等[33]報道，暴露于PM2.5下10周的大鼠與正常對照組大鼠比較，肝臟病理表現(xiàn)有顯著性差異，PM2.5會在絲氨酸636和1101位點增強IRS-1的磷酸化，導(dǎo)致IRS-1介導(dǎo)的胰島素信號通路受損，引起肝臟糖原合成減少，其機制可能為顆粒煙霧可通過c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化蛋白1(AP-1)進一步活化核因子κB(NF-κB)，調(diào)控Toll樣受體4介導(dǎo)的炎癥途徑，增加IL-1β等表達水平，而平衡肝臟脂質(zhì)代謝的IRS-1/AKT信號通路則受到抑制，AKT磷酸化水平降低。研究[34-35]發(fā)現(xiàn)，真實環(huán)境中的顆粒物質(zhì)PM2.5脂溶性提取物可上調(diào)HepG2細胞miR-26a的表達，負性調(diào)節(jié)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(FAT/CD36)，導(dǎo)致脂滴蓄積，因此可認為長期空氣污染顆粒物暴露會對機體基因?qū)用娈a(chǎn)生影響。此外，PM環(huán)境可誘導(dǎo)C57BL/6小鼠出現(xiàn)胰島素抵抗、肝臟巨噬細胞浸潤、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)水平上調(diào)，血糖對胰島素的敏感性降低、糖異生增加，內(nèi)源性葡萄糖釋放入血，糖尿病發(fā)生風(fēng)險增加。在環(huán)境PM暴露6個月后，留取小鼠肝臟進行質(zhì)譜非靶向代謝組學(xué)(IC-FTMS)檢測可觀察到，肝臟中三酰甘油、甘油磷脂和鞘脂過量積聚，13C6-葡萄糖-6-磷酸、總G6P和果糖-6-磷酸(F6P)水平降低；采用同位素示蹤法進行研究的結(jié)果顯示，暴露于PM2.5的小鼠肝臟中的來自葡萄糖和非葡萄糖前體(如糖原)的肝糖酵解活性降低，棕櫚酸、棕櫚酸酯大量累積，三大營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)換能力受損[36]。

4 PM2.5與肝纖維化的聯(lián)系

與有毒物質(zhì)接觸、慢性感染、機械性損傷、空氣污染均為肝纖維化發(fā)病的獨立危險因素[37]。Li等[37]報道，暴露于PM2.5中小鼠的肝組織膠原表達水平增加，轉(zhuǎn)化生長因子β-SMAD3信號通路激活，過氧化物酶體增殖物激活受體γ的表達受到抑制，肝星狀細胞活化。Qiu等[38]報道，空氣中細顆粒物可活化LX-2細胞和原代肝星狀細胞(HSC)，高濃度細顆粒物暴露可導(dǎo)致ROS和活性氮(RNS)以及脂質(zhì)過氧化標(biāo)志物MDA水平顯著上調(diào)，長期(60 d)高劑量(1.5或2.7 mg/kg)PM2.5暴露可導(dǎo)致大鼠肝臟的 MMP13 mRNA和蛋白質(zhì)表達增加。MMP13表達的升高可促進膠原蛋白的水解，長期暴露于空氣污染環(huán)境中的機體或能啟動保護機制減緩空氣污染暴露引起的肝纖維化進程[39]。

5 PM2.5與肝癌的關(guān)系

Deng等[40]通過追蹤2000年至2009年在美國加州被確診為肝細胞癌(HCC)的2121例患者，使用Cox比例風(fēng)險模型分析死亡相關(guān)因素發(fā)現(xiàn)，暴露于較高濃度PM下的患者其生存期明顯縮短。我國臺灣通過長時間(16年)對10萬常住居民進行隨訪發(fā)現(xiàn)，PM2.5的增加(每IQR增量，13.1 μg/m3)與居民的HCC發(fā)病率呈正相關(guān)[41]。Oliveira等[42]報道，暴露于高濃度PM環(huán)境(每日1個小時，連續(xù)3個月)的小鼠，其肝臟DNA表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物5-羥甲基(5-HMC)的水平降低。5-HMC為去甲基化的中間產(chǎn)物，參與DNA去甲基化的過程,其表達水平下降提示機體DNA甲基化水平穩(wěn)態(tài)被打破，TET家族基因發(fā)生突變；5-HMC水平降低則肝癌細胞高水平增殖，腫瘤進程加快。Ye等[43]運用PM2.5脂溶性提取物干預(yù)HepG2細胞發(fā)現(xiàn)細胞的活力降低，通過代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，提取物可降低細胞中檸檬酸/異檸檬酸和烏頭酸含量，導(dǎo)致2-羥基戊二酸和琥珀酸積累；同時氧化磷酸化的能量供應(yīng)減少，甲基化和氧化還原穩(wěn)態(tài)紊亂，導(dǎo)致腫瘤代謝物(2-羥基戊二酸和琥珀酸)積累，線粒體功能紊亂。Zhang等[44]報道，在肝癌細胞中，RAC-α-絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)的磷酸化與PM2.5濃度呈正相關(guān)。AKT拮抗劑LY294002能降低PM2.5誘導(dǎo)的肝癌細胞遷移、侵襲，而AKT會導(dǎo)致MMP-13表達水平升高，MMP-13具有降解膠原，減少細胞外基質(zhì)的功能，肝癌組織中的MMP-13表達水平升高可增強癌細胞侵襲功能，空氣污染對肝臟的影響與機體本身的基礎(chǔ)疾病密切相關(guān)。

6 小 結(jié)

越來越多的研究結(jié)果顯示，空氣污染物與人體肝臟疾病的發(fā)病率增加有關(guān)，細微顆?？赏ㄟ^肺部微血管進入肝臟，導(dǎo)致肝細胞氧化應(yīng)激加劇和DNA鏈斷裂。此外，細顆粒物通過改變脂質(zhì)代謝和誘導(dǎo)促炎環(huán)境參與脂肪性發(fā)病進程，增強肝癌細胞的侵襲能力。但真實環(huán)境中空氣污染細顆粒物的成分復(fù)雜，其單個組分對肝臟疾病進程、肝臟不同類型細胞的影響尚不明確，對不同基因譜系暴露人群的影響也存在差異。對空氣污染這一全球性問題找到合理而有效的預(yù)防及治療策略還有待進一步深入研究。