大氣中黑碳的健康效應(yīng)及機(jī)制研究進(jìn)展

陳琛，王娟，聶亞光，王希楠，許安,*

1. 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，合肥 230031 2. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，合肥 230031

大氣顆粒物化學(xué)成分復(fù)雜，其中黑碳顆粒物在PM2.5和PM10中均占有較大比重[1]，是城市顆粒污染物的重要成分。黑碳顆粒物能深入至肺部，引發(fā)呼吸道的炎性反應(yīng)，而慢性炎性反應(yīng)是誘發(fā)哮喘和慢性阻塞性肺病(COPD)等疾病的重要征兆，且越來(lái)越多的流行病學(xué)和毒理學(xué)證據(jù)表明，黑碳顆粒相較于顆粒物與健康的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)，如Rosa等[2]研究發(fā)現(xiàn)，黑碳很可能是大氣顆粒物中對(duì)肺部起毒性作用的主要成分，長(zhǎng)期的暴露于黑碳可能會(huì)提高患癌的風(fēng)險(xiǎn)[3]。黑碳顆粒可作為檢測(cè)空氣質(zhì)量的重要標(biāo)志物來(lái)評(píng)估空氣污染的健康危害。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)已將黑碳?xì)w類為2B類致癌物[3]?？諝庵泻谔嫉乃脚c心血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)生以及肺功能的衰退都有關(guān)系，并且對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)也有不利影響；黑碳主要通過(guò)引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，誘發(fā)基因突變等機(jī)制來(lái)誘導(dǎo)一系列損傷。作為空氣污染物重要的組成成分之一，黑碳已經(jīng)逐漸得到了關(guān)注。本文回顧了近幾年國(guó)內(nèi)外關(guān)于大氣顆粒物——黑碳的研究進(jìn)展，重點(diǎn)討論了黑碳的健康效應(yīng)及機(jī)制，并對(duì)現(xiàn)有研究可能存在的問(wèn)題及今后研究的焦點(diǎn)進(jìn)行分析。

1　黑碳的物理化學(xué)特性(The physical and chemical properties of black carbon)

黑碳(black carbon)呈黑色顆粒狀或絮狀，廣泛分布于大氣、水體、土壤、冰雪等環(huán)境介質(zhì)中。通常可將黑碳分成3 種類型：焦炭/木炭、煤煙/煙炱以及石墨炭。一般來(lái)說(shuō)，黑碳以細(xì)粒子(0.5～1 μm) 和超細(xì)粒子(0.05～0.12 μm)2種形態(tài)存在[4]。

Eklund等[5]調(diào)研了64個(gè)地區(qū)1960—2007年之間黑碳的排放情況，結(jié)果顯示，年排放量逐年升高。2011年萬(wàn)隆、雅加達(dá)、帕朗卡巴亞、塞耳彭以及日惹幾個(gè)城市空氣顆粒物中黑碳的濃度占所有顆粒物總濃度的百分比為17%～45%[6]。黑碳的主要來(lái)源包括4個(gè)部分[7]：一是開(kāi)放式生物質(zhì)燃燒；二是居民生活固體燃料的使用；三是運(yùn)輸領(lǐng)域的油料使用；四是工業(yè)和發(fā)電領(lǐng)域。從地區(qū)分布來(lái)看，黑碳排放量以非洲為最大，其次是中國(guó)和中南美洲，最小的是大洋洲和中東地區(qū)。

作為大氣顆粒物的重要成分之一，黑碳本身攜帶并且可以吸附其他致癌物質(zhì)，對(duì)人類健康有很大危害，日益成為當(dāng)前國(guó)際研究中關(guān)注的熱點(diǎn)。黑碳本身攜帶或吸附其他有害物質(zhì)從而誘導(dǎo)毒性效應(yīng)的機(jī)制主要包括以下4個(gè)方面：①黑碳顆粒粒徑較小，比表面積較大，一般為幾十到幾百 m2·g-1[4]，可吸附其他重金屬元素及微量元素，是眾多有機(jī)污染物和重金屬的重要載體。又為大氣層中 O3、NO2、H2SO4等組分的非均相反應(yīng)提供了反應(yīng)載體[4]。②新鮮的黑碳粒子通常具有多孔性，易吸附一些有毒有害的物質(zhì)，進(jìn)入體內(nèi)后，誘發(fā)多種呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)疾病，甚至引發(fā)癌癥，對(duì)人體健康產(chǎn)生極為不利的影響。③燃燒產(chǎn)生黑碳的過(guò)程中會(huì)有一些致癌致畸的多環(huán)芳香烴隨之產(chǎn)生，通常與黑碳顆粒物一起釋放出來(lái)，并成為黑碳顆粒內(nèi)在的重要組成[4]。④黑碳在大氣中停留的時(shí)間長(zhǎng)，輸送的距離比較遠(yuǎn)，對(duì)人體健康和空氣質(zhì)量都有不利影響。此外，黑碳作為空氣顆粒污染物的重要組成部分，存在于大氣中，不可避免地會(huì)與大氣中的臭氧發(fā)生接觸反應(yīng)，通過(guò)臭氧老化黑碳從而產(chǎn)生的臭氧氧化黑碳(O黑碳)，相較于原始黑碳具有更強(qiáng)的氧化性和細(xì)胞毒性[8]。

2　黑碳誘發(fā)疾病的流行病學(xué)研究(Epidemiological study on black carbon induced diseases)

2012年世界衛(wèi)生組織(WHO)歐洲分會(huì)建議為空氣中的黑碳制定公共衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[7]。黑碳是空氣污染顆粒物的重要成分，已經(jīng)與許多嚴(yán)重的健康問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，暴露于黑碳環(huán)境中會(huì)對(duì)人體心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)以及其他方面造成一些有害影響。

2.1　黑碳暴露對(duì)心血管疾病的影響

暴露于周圍空氣污染物中會(huì)誘發(fā)心臟有關(guān)的一些急性疾病，數(shù)小時(shí)連續(xù)暴露于空氣污染物中可能會(huì)引起心臟病發(fā)作以及心律失常。目前已有大量研究數(shù)據(jù)支持黑碳暴露會(huì)損害心臟功能，引起心血管疾病的發(fā)生，研究發(fā)現(xiàn)心率失常和上升的黑碳水平之間有顯著的關(guān)系[9]。

健康人群或者先天性心臟病患者其血壓的升高與黑碳水平的升高有關(guān)，雖然也有研究得出相反的結(jié)論，但近年來(lái)大部分研究更趨向于認(rèn)為黑碳暴露后會(huì)引起血壓的升高[10]。黑碳暴露濃度每升高一個(gè)單位，收縮壓就會(huì)上升0.53 mmHg，舒張壓會(huì)上升0.37 mmHg[11]。在北京長(zhǎng)期、高水平空氣污染物暴露的狀態(tài)下，黑碳作為人類活動(dòng)產(chǎn)生的主要的空氣污染物成分，與代謝綜合癥患者血壓的變化存在明顯相關(guān)性，且對(duì)血管內(nèi)皮功能和動(dòng)脈僵硬度存在一定影響。Provost等[12]研究發(fā)現(xiàn)，短時(shí)間高濃度地暴露于黑碳中會(huì)使動(dòng)脈僵硬度增加，這可能是造成心血管疾病的重要途徑之一。Wilker等[13]調(diào)查了居住在馬薩諸塞州大波士頓地區(qū)的老年男性頸動(dòng)脈中膜厚度和長(zhǎng)時(shí)期暴露于黑碳之間的關(guān)系，肯定了長(zhǎng)時(shí)間暴露于黑碳中與動(dòng)脈粥樣硬化有關(guān)。

2.2　黑碳暴露對(duì)肺功能的損傷

黑碳暴露會(huì)對(duì)人體肺部健康產(chǎn)生有害影響。呼吸流量峰值是檢測(cè)肺部功能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，戶外空氣污染會(huì)導(dǎo)致兒童呼吸流量峰值的降低[14]。黑碳對(duì)非哮喘兒童的肺功能有抑制作用，個(gè)體黑碳日均暴露濃度每增加1 μg·m-3，非哮喘兒童的FEV1/FVC和FEF2575/FVC分別下降0.008個(gè)單位和0.03個(gè)單位[15]。目前流行病學(xué)關(guān)于黑碳和健康關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，早期黑碳暴露與后期哮喘的發(fā)病有很大的關(guān)聯(lián)[16]。Jing等[17]對(duì)上海地區(qū)兒童哮喘的發(fā)病和空氣中黑碳之間的聯(lián)系進(jìn)行研究，指出黑碳顯著影響了兒童哮喘的發(fā)病率。分別對(duì)工作環(huán)境中黑碳暴露與非暴露的男性工作者的肺部功能進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)FEV1%，F(xiàn)EV/FVC，MMF%和PEF%等指標(biāo)均發(fā)生下調(diào)，血清內(nèi)白細(xì)胞介素(IL-1β, IL-6, IL-8)的水平出現(xiàn)上升，表明黑碳暴露會(huì)損傷肺部功能，誘導(dǎo)促炎癥因子的釋放[18]?，F(xiàn)有的研究多是基于高劑量黑碳暴露情況下開(kāi)展的，Nicole等[19]另辟蹊徑從低劑量環(huán)境濃度入手，發(fā)現(xiàn)低劑量黑碳暴露仍會(huì)誘發(fā)肺部急性炎癥反應(yīng)，且慢性暴露會(huì)加劇這種危害影響。因此黑碳不僅在實(shí)驗(yàn)濃度下對(duì)人體健康具有危害性，在環(huán)境濃度下依然有不利影響。

2.3　黑碳暴露對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)功能的影響

顆粒物進(jìn)入人體的方式主要有：通過(guò)呼吸進(jìn)入肺部，或者通過(guò)攝食進(jìn)入消化系統(tǒng)，然后通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入其他器官，肝臟的新陳代謝作用會(huì)使得一些劑量較大的顆粒物進(jìn)入血腦屏障。人體和動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)均證實(shí)吸入的顆粒物會(huì)轉(zhuǎn)移位置進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。黑碳引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病的重要途徑之一可能是影響了中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)血管周圍巨噬細(xì)胞的水平[20]。此外，黑碳暴露會(huì)在呼吸道引起慢性炎癥反應(yīng)，釋放炎癥因子和氧化應(yīng)激介質(zhì)，當(dāng)周圍的炎癥信號(hào)傳遞給大腦后，就會(huì)引起神經(jīng)炎癥反應(yīng)，影響神經(jīng)系統(tǒng)的功能。人類的認(rèn)知功能受到中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控，有研究報(bào)道周圍環(huán)境黑碳暴露與認(rèn)知功能的變化有關(guān)，這些認(rèn)知功能主要包括學(xué)習(xí)、記憶以及執(zhí)行的能力。已有研究表明由黑碳暴露誘導(dǎo)的老年人認(rèn)知能力損害受線粒體單倍群的影響(修飾)，線粒體單倍群被分為4個(gè)集群，研究發(fā)現(xiàn)攜帶有單倍群四的個(gè)體易受黑碳暴露的影響，對(duì)認(rèn)知能力產(chǎn)生損害；而攜帶有單倍群二和三的個(gè)體在黑碳暴露環(huán)境下沒(méi)有受到顯著的影響，這種關(guān)系可能是由于大腦內(nèi)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生而造成的[21]。

3　黑碳誘導(dǎo)疾病的機(jī)制(The mechanism of disease induced by carbon black)

大量的流行病學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)黑碳會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生不利影響，引起各種疾病，甚至誘發(fā)癌癥，因此黑碳誘發(fā)這些疾病的生物學(xué)機(jī)制引起了研究者們的廣泛關(guān)注。

3.1　黑碳誘導(dǎo)氧化應(yīng)激

黑碳可以進(jìn)入血液循環(huán)，與內(nèi)皮細(xì)胞直接作用，引起肺上皮細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激，抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)S-NO(NO生物利用率標(biāo)志物)的水平。NO水平的升高會(huì)激活端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶的活性，這是一種端粒維持所必需的的酶，內(nèi)皮細(xì)胞許多功能的發(fā)揮都需要它，它的活性會(huì)被氧化應(yīng)激水平控制下的色氨酸激酶抑制。黑碳顯著增強(qiáng)了色氨酸激酶的活性，抑制了端粒酶反轉(zhuǎn)錄酶的活性。因此作為大氣污染物的主要組成成分，黑碳會(huì)加速呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)的老化，導(dǎo)致一些心血管和肺部疾病的發(fā)生[22]。Vesterdal等[23]和Frikke-Schmidt等[24]以臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞為細(xì)胞體系，發(fā)現(xiàn)黑碳處理會(huì)引起內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)活性氧水平升高，細(xì)胞膜受到損害，乳酸脫氫酶發(fā)生泄露，細(xì)胞間粘附因子和血管粘附因子表達(dá)水平升高；研究還發(fā)現(xiàn)低劑量多次暴露比高劑量單次暴露對(duì)apoE小鼠內(nèi)皮細(xì)胞造成的損傷更大，但肺部的炎癥反應(yīng)只有在高劑量時(shí)才可以觀察的到[25]。Hussain等[26]通過(guò)對(duì)人體支氣管上皮細(xì)胞進(jìn)行研究，指出黑碳主要通過(guò)線粒體活性氧失衡引起細(xì)胞凋亡。

誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生是黑碳引起肺部功能下調(diào)和炎癥反應(yīng)的重要機(jī)制之一。Cassee等[27]模擬黑碳?xì)馊苣z對(duì)小鼠的毒害作用發(fā)現(xiàn)黑碳暴露后小鼠支氣管的氧化應(yīng)激作用明顯增強(qiáng)，并引起炎癥反應(yīng)。Rosa等[2]指出空氣中黑碳的濃度與8-異前列烷的含量增加有顯著關(guān)系。8-異前列烷是一種脂質(zhì)過(guò)氧化的穩(wěn)定產(chǎn)物，可以作為氧化應(yīng)激的標(biāo)志物。且在PM2.5、黑碳共污染的模型中，只有黑碳和8-異前列烷的含量依然保持顯著相關(guān)性，證明了黑碳可以通過(guò)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生來(lái)引起肺功能損傷。氧化應(yīng)激通路上基因的多態(tài)性在黑碳誘導(dǎo)肺損傷的過(guò)程中起到了一定的作用，具有較高氧化應(yīng)激遺傳性的老年人是易感人群，更易受到黑碳的影響，造成肺功能的損傷[28]。

3.2　黑碳誘導(dǎo)基因突變及表達(dá)水平變化

IARC已將黑碳?xì)w類為2B類致癌物，黑碳暴露與呼吸道疾病相關(guān)，暴露于黑碳環(huán)境中會(huì)顯著影響肺部和肝臟的功能。Belade等[29]和Bourdon等[30]研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期暴露于黑碳環(huán)境中會(huì)顯著增高肺功能下降的風(fēng)險(xiǎn)，黑碳進(jìn)入呼吸道后會(huì)迅速且廣泛地在包漿小體中積累，累積在肺部，誘發(fā)炎癥和基因毒性。并且初次暴露后會(huì)繼續(xù)存留下去，誘發(fā)初級(jí)暴露組織肺和支氣管肺泡以及次級(jí)暴露組織肝臟的基因毒性。Bourdon等[31]指出暴露于黑碳中的小鼠基因表達(dá)發(fā)生變化，這種變化可能誘導(dǎo)形成一些典型的肺部損傷和纖維化。付鎧等[32]認(rèn)為，黑碳可以穿過(guò)氣血屏障，造成自發(fā)性高血壓大鼠產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)和周邊血液細(xì)胞的DNA損傷，引起肺部細(xì)胞炎性反應(yīng)，同時(shí)改變細(xì)胞的滲透性等。之前有研究報(bào)道黑碳暴露會(huì)誘發(fā)FE1突變鼠肺上皮細(xì)胞株cll和lacZ突變。Jacobsen等[33]進(jìn)一步確定了暴露細(xì)胞中cll基因的突變譜，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞暴露于黑碳后誘發(fā)的cll基因單堿基缺失和大片段缺失均增多，且單堿基缺失多發(fā)生在2個(gè)重復(fù)序列之間，堿基替換主要發(fā)生在G:C-T:A，G:C-C:G和 A:T-T:A 之間。黑碳暴露會(huì)誘發(fā)產(chǎn)生大量活性氧，因此猜測(cè)這種突變可能是活性氧產(chǎn)物的作用。Husain等[34]從時(shí)間角度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黑碳會(huì)誘導(dǎo)支氣管肺泡灌洗液中細(xì)胞和肺部組織細(xì)胞DNA單鏈斷裂；小鼠肺部大約有多達(dá)2 600個(gè)基因發(fā)生差異性表達(dá)，而且與DNA修復(fù)，細(xì)胞凋亡，細(xì)胞周期調(diào)控和肌肉收縮相關(guān)的基因表達(dá)均發(fā)生變化。類似的，Kyjovska等[35]觀察到肺部暴露于低劑量的黑碳會(huì)誘發(fā)支氣管肺泡灌洗液中細(xì)胞和肺部組織DNA單鏈斷裂水平增高。暗示低濃度黑碳具有一定的基因毒性，黑碳暴露后DNA損傷增多、修復(fù)活性提高，誘發(fā)的DNA斷裂水平增高。增加的DNA單鏈斷裂作為DNA損傷的一種，由基因毒性引起而不是由炎癥、細(xì)胞損傷或者急性反應(yīng)引起。

有研究者關(guān)注黑碳對(duì)心臟的不利影響是否因?yàn)楦淖兞诵呐K一些基因的表達(dá)。Bourdon等[36]將心臟基因表達(dá)譜和血漿蛋白一起與心血管疾病聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)黑碳暴露后肺和肝臟基因表達(dá)有實(shí)質(zhì)性變化，但心臟基因表達(dá)未受黑碳暴露影響。這表明雖然暴露于黑碳后會(huì)引起嚴(yán)重的心血管疾病，但并不會(huì)引起心臟基因表達(dá)水平上的變化。然而另有研究指出將F344大鼠暴露于594 μg·m-3的空氣顆粒物中4 h到3 d，發(fā)現(xiàn)心室內(nèi)與炎癥反應(yīng)和血壓調(diào)節(jié)有關(guān)的3種基因表達(dá)發(fā)生變化[37]。不過(guò)由于黑碳有極強(qiáng)的吸附性，因此，一些輕微的基因表達(dá)變化，極有可能是由于黑碳吸附的其他化學(xué)物質(zhì)造成的，實(shí)際上有許多研究證明吸附在顆粒物表面的物質(zhì)會(huì)增強(qiáng)它們的毒性。因此，目前對(duì)于黑碳是否會(huì)誘導(dǎo)心臟基因發(fā)生變化還未有統(tǒng)一的定論。

有大量實(shí)驗(yàn)證明，黑碳誘導(dǎo)基因毒性具有性別差異性，無(wú)論是出生前還是之后暴露于顆粒物都會(huì)誘發(fā)雄性小鼠的突變，而雌性生殖細(xì)胞則能夠在一定程度上抵抗黑碳誘導(dǎo)的突變產(chǎn)生，在子宮內(nèi)暴露于納米級(jí)黑碳并不會(huì)誘發(fā)后代雌性小鼠生殖細(xì)胞發(fā)生串聯(lián)重復(fù)突變[38]。

3.3　黑碳誘導(dǎo)miRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平變化

miRNA是一種重要的非編碼調(diào)控分子，與mRNA結(jié)合影響其翻譯成蛋白質(zhì)，調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)。因?yàn)閙iRNA可以同時(shí)與多個(gè)mRNA結(jié)合，所以它們表達(dá)的細(xì)微變化都會(huì)引起重要的細(xì)胞反應(yīng)。Colicino等[39]研究發(fā)現(xiàn)，黑碳暴露會(huì)影響miRNA表達(dá)基因的多態(tài)性，改變miRNA的水平，進(jìn)而調(diào)控認(rèn)知相關(guān)基因的表達(dá)，由此將黑碳暴露對(duì)認(rèn)知能力的影響與miRNA表達(dá)基因的多態(tài)性聯(lián)系起來(lái)。Bourdon等[40]檢測(cè)了小鼠肺部所有miRNA對(duì)黑碳顆粒的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑碳暴露后miRNA-135b的水平顯著上升，且在未妊娠的小鼠中miRNA-146b和miRNA-21表達(dá)水平也出現(xiàn)了變化，暗示miRNA在黑碳對(duì)肺部的影響過(guò)程中起到了一定的作用。

還有研究報(bào)道顆粒物引起肺損傷是由于黑碳可以與肺部的一些蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，對(duì)其進(jìn)行修飾，改變蛋白質(zhì)的功能結(jié)構(gòu)，誘發(fā)一些急性反應(yīng)后果，引起肺部炎癥反應(yīng)[41]。黑碳暴露會(huì)引起嗜中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、以及支氣管肺泡灌洗液中所有蛋白質(zhì)水平升高，黑碳暴露3 d后，嗜中性粒細(xì)胞彈力蛋白酶和巨噬細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-12)水平達(dá)到峰值。Chang等[42]的研究首次證明超細(xì)顆粒物有誘導(dǎo)胰島細(xì)胞和髓系樹(shù)突細(xì)胞浸潤(rùn)，使其表達(dá)MMP-12。并且證明彈力蛋白酶在超細(xì)顆粒物誘發(fā)肺部損傷的過(guò)程中扮演重要角色。有研究顯示中性粒細(xì)胞彈性蛋〗白酶氣管滴注會(huì)誘發(fā)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物肺氣腫的發(fā)生[43]，而中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶基因敲除的小鼠則不易受吸煙誘導(dǎo)產(chǎn)生肺氣腫[44]；以及吸煙誘發(fā)的肺氣腫在含有抗胰蛋白酶的小鼠中的發(fā)病較快[45]；使用MMP-12敲除的小鼠來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)MMP-12是香煙誘導(dǎo)肺氣腫的重要環(huán)節(jié)，COPD患者體內(nèi)MMP-12的水平升高也證明了它的作用[43]。

表1　黑碳誘導(dǎo)疾病的產(chǎn)生及機(jī)制Table 1　The production and mechanism of disease induced by carbon black

3.4　黑碳誘導(dǎo)疾病的其他機(jī)制

有研究者將關(guān)注點(diǎn)聚焦到黑碳暴露是否會(huì)影響膽固醇水平上，Reed等[46]將雌雄小鼠暴露于不同來(lái)源的黑碳?xì)馊苣z環(huán)境中，在常規(guī)毒性指標(biāo)(體重等)、神經(jīng)和遺傳毒性指標(biāo)以及小鼠的生長(zhǎng)和繁殖能力均未有所變化的情況下，檢測(cè)到血液中有輕微的膽固醇濃度降低。而在Bourdon等[47]的研究中，肝臟和肺部基因表達(dá)譜和血漿分析結(jié)果顯示膽固醇的水平發(fā)生了變化，在高劑量暴露中膽固醇合成相關(guān)基因的表達(dá)水平上調(diào)，這些基因的表達(dá)產(chǎn)物共同組成了膽固醇合成的限速途徑，相關(guān)基因表達(dá)水平的上調(diào)會(huì)引起膽固醇水平升高。因此，目前對(duì)于黑碳和膽固醇水平之間的定性關(guān)系還有待進(jìn)一步研究。

Tellabati等[48]從另一個(gè)角度提出了猜想，認(rèn)為黑碳在小鼠肺巨噬細(xì)胞內(nèi)的急性累積會(huì)增加小鼠感染肺炎球菌的幾率，引起肺部功能的損傷。實(shí)驗(yàn)用磷酸鹽緩沖液(PBS)和黑碳滴鼻處理雌性小鼠，24 h后用肺炎球菌感染，72 h以后進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)與猜想不符，黑碳處理組中小鼠的發(fā)病率和死亡率都有所下降。且未被感染的小鼠體內(nèi)8-異前列烷的水平升高，氣道中性粒細(xì)胞水平也升高；感染24 h后，黑碳處理組角質(zhì)形成有關(guān)的細(xì)胞趨化因子以及和生長(zhǎng)相關(guān)的基因在氣道表達(dá)水平都較低，γ-干擾素水平也較低。猜測(cè)這可能是因?yàn)楹谔继幚淼男∈笤诟腥局澳技舜罅康氖戎行粤＜?xì)胞到肺部，因此急性負(fù)載高水平的黑碳并沒(méi)有加強(qiáng)小鼠體內(nèi)對(duì)肺炎球菌的易感性。

空氣污染日益嚴(yán)重，暴露于黑碳中的機(jī)會(huì)也越來(lái)越多，尤其是正在發(fā)育著的生物，對(duì)黑碳的毒性更加敏感。妊娠期暴露于黑碳顆粒中會(huì)誘導(dǎo)后代小鼠體內(nèi)淋巴細(xì)胞的表達(dá)量增高，刺激未成熟脾臟細(xì)胞的發(fā)育[20]。黑碳可誘導(dǎo)IL-1、IL-6濃度和時(shí)間依賴性釋放，以及ERK1/2、p38 和 JNK1/2的磷酸化[49]。

燃燒產(chǎn)生黑碳的過(guò)程中會(huì)有一些致癌致畸的多環(huán)芳香烴隨之產(chǎn)生，通常與黑碳顆粒物一起釋放出來(lái)，并成為黑碳顆粒內(nèi)在的重要組成[4]。Jermann等[50]研究發(fā)現(xiàn)，黑碳中的多環(huán)芳烴(PAH)和黑碳結(jié)合得特別緊密。芳香胺是許多重要致癌物的組成成分，在目前的工業(yè)工作環(huán)境中，納米黑碳常常與芳香胺共同存在，黑碳通過(guò)與芳香胺體內(nèi)代謝的主要酶——芳香胺乙酰化轉(zhuǎn)移酶相結(jié)合，引起酶蛋白構(gòu)造發(fā)生變化，使酶活性不可逆地喪失，干涉致癌物芳香胺的乙?；?，進(jìn)而抑制致癌物芳香胺的代謝過(guò)程，最終誘發(fā)癌癥[51]。

4　總結(jié)與展望(Summary and prospect)

黑碳對(duì)環(huán)境和人體健康的影響引起越來(lái)越多的關(guān)注?？諝庵泻谔嫉乃脚c心血管、呼吸系統(tǒng)的疾病發(fā)生都有關(guān)系，并且對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)也有不利影響；黑碳主要通過(guò)引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，誘發(fā)基因突變等機(jī)制來(lái)誘導(dǎo)一系列損傷(表1)。

雖然目前對(duì)于黑碳健康效應(yīng)的研究已取得了一些進(jìn)展，但由于起步較晚，引起的重視還不夠廣泛，因此研究成果非常有限，大多停留在黑碳毒性的病理學(xué)、毒理學(xué)現(xiàn)象，而缺少黑碳對(duì)人類健康影響的暴露-效應(yīng)機(jī)制研究。未來(lái)對(duì)于黑碳誘導(dǎo)產(chǎn)生毒效應(yīng)機(jī)制的研究必定會(huì)得到越來(lái)越多的重視。

黑碳因其本身獨(dú)特的物理性質(zhì)——多孔性，在實(shí)際環(huán)境中不可避免地會(huì)吸附其他污染物，因此黑碳和空氣中其他污染物的聯(lián)合毒性效應(yīng)及機(jī)制的研究就顯得尤為重要，但目前的研究多數(shù)僅針對(duì)黑碳本身進(jìn)行單獨(dú)研究，缺少實(shí)際意義，未來(lái)需要加強(qiáng)開(kāi)展對(duì)黑碳和其他污染物聯(lián)合毒性效應(yīng)及機(jī)制的研究。

致謝：感謝中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院許安研究員和趙國(guó)平研究員在文章修改中給予的幫助。

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