茶及其功能成分對(duì)PM2.5誘導(dǎo)肺部疾病及預(yù)防與防治實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展

牛 麗，李自強(qiáng)，鐘曉紅，劉仲華*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝園林學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，國家植物功能成分利用工程技術(shù)研究中心，湖南省植物功能成分利用協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長(zhǎng)沙 410128）

隨著社會(huì)科技的不斷發(fā)展與進(jìn)步，生產(chǎn)和生活的工業(yè)化進(jìn)程帶來經(jīng)濟(jì)效益快速發(fā)展的同時(shí)也帶來了一系列的生態(tài)環(huán)境問題，如霧霾等。霧霾主要是由化學(xué)成分復(fù)雜的顆粒物（particulate matter，空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5 μm，PM2.5）釋放到空氣中造成的[1]。人的呼吸系統(tǒng)直接暴露于大氣環(huán)境中，PM2.5、超細(xì)顆粒物 （ultra fine particles，UFPs）及其吸附污染物易越過呼吸系統(tǒng)的防御機(jī)制，直接通過呼吸入肺或者直接通過皮膚接觸的方式進(jìn)入機(jī)體，產(chǎn)生毒性[2-4]。據(jù)近年來的流行病學(xué)調(diào)查研究表明，肺部疾病的發(fā)病率和死亡率與環(huán)境中PM2.5的暴露息息相關(guān)[5]。根據(jù)北京市衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)相關(guān)資料顯示，肺癌在北京市惡性腫瘤的死因中已居首位[6]。Nunes KV等[7]研究結(jié)果表明，長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣細(xì)微顆粒物中，會(huì)對(duì)人的多個(gè)身體系統(tǒng)產(chǎn)生有害影響。長(zhǎng)期暴露于空氣中PM2.5會(huì)誘發(fā)產(chǎn)生過量的活性氧 （reactive oxygen species，ROS），過量的ROS不僅損傷細(xì)胞膜、蛋白和核酸，還可以激活轉(zhuǎn)錄因子核因子-kappa B（NF-KB），促進(jìn)促炎細(xì)胞因子分泌，如白細(xì)胞介素-8（Interleukin-8，IL-8） 表達(dá)[8]?？諝庵蠵M2.5顆?？杉又叵图毙灾夤苎椎妊装Y性疾病，甚至可引起急性心臟病發(fā)作，或?qū)е绿悄虿?、心血管疾病和肺癌等慢性疾病[9-10]。到目前為止，已有6個(gè)前瞻性研究提示，長(zhǎng)期暴露空氣污染物中可能增加肺癌的危險(xiǎn)性，主要與大氣中PM2.5濃度有關(guān)[11]。

茶是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷奶烊唤】碉嬈分?，在一些慢性疾病的發(fā)病機(jī)理研究中，茶葉及其提取物得到越來越廣泛的應(yīng)用。并且，已有不少研究表明茶葉及其提取物能有效的保護(hù)肺組織的正常功能，對(duì)肺部疾病等具有一定的防治效果。本文綜述了空氣中PM2.5對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響及茶葉對(duì)肺部疾病的防治作用研究進(jìn)展，旨在為茶葉及其功能成分的開發(fā)與利用提供參考。

1 PM2.5導(dǎo)致肺等相關(guān)疾病情況

相關(guān)研究報(bào)道顯示，由于大氣污染，PM2.5和UFPs漂浮于大氣環(huán)境中，我國每年因城市大氣污染而造成的呼吸系統(tǒng)門診病例達(dá)35萬人[12]?？諝庵蠵M2.5可使患有支氣管哮喘、慢性支氣管炎和慢性阻塞性肺疾病等慢性呼吸系統(tǒng)疾病者的病情急性發(fā)作或急性加重；對(duì)于老年人來說，長(zhǎng)期處于霧霾環(huán)境還容易誘發(fā)急性心血管等疾病，甚至?xí)岣叻伟┑陌l(fā)病率[13]。

國內(nèi)外學(xué)者針對(duì)空氣中PM2.5的濃度與肺相關(guān)疾病的發(fā)病率的相關(guān)性進(jìn)行了調(diào)查研究。謝鵬等[14]采用Meta分析了PM2.5的濃度與相關(guān)疾病的病死率的相關(guān)性，結(jié)果顯示，我國空氣中PM2.5濃度每增加10 μg/m3，人群急性病死率和呼吸系統(tǒng)疾病的病死率分別增加0.40%和1.43%。而在西安的一項(xiàng)研究調(diào)查[15]發(fā)現(xiàn)，空氣中PM2.5濃度每升高100 μg/m3，人群總死亡率及呼吸系統(tǒng)疾病、冠心病、心血管疾病、腦卒中和慢性阻塞性肺氣腫（COPD）的病死率分別增加4.1%和8.3%、8.3%、6.2%、5.1%及7.3%，表明空氣中PM2.5濃度的升高會(huì)增加相應(yīng)疾病的病死率。英國James,M C等[16]研究PM2.5與肺活量之間的關(guān)系。選用60例患不同程度哮喘的成人患者志愿者為對(duì)象，在PM2.5和UFP短時(shí)間暴露（2 h），結(jié)果顯示，志愿者的第1秒用力呼氣量（forced expiratory volume in 1 second，F(xiàn)EV1） 降低約 6.1%（P＜0.001），用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC） 降低約 5.4%（P＜0.005），且哮喘越嚴(yán)重的志愿者，其FEV1和FVC的下降幅度越大。

以上研究可見，空氣中PM2.5不僅導(dǎo)致不同程度肺損傷，還誘發(fā)機(jī)體心、肺等多個(gè)組織發(fā)生病變。

2 PM2.5致?lián)p肺相關(guān)疾病的機(jī)制

人體的呼吸系統(tǒng)與外界大氣相通，病毒、細(xì)菌、支原體、衣原體等外界病原體以及其他有毒物質(zhì)很容易通過呼吸道侵入體內(nèi)，誘發(fā)支氣管炎、肺炎等常見的呼吸道感染性疾病。而大氣中的PM2.5常常作為多種病原體或有毒物質(zhì)的運(yùn)載體被人體吸收后長(zhǎng)期停留在呼吸道，積累沉積在肺間質(zhì)內(nèi)引發(fā)慢性炎癥反應(yīng)和氧化損傷，在一定程度上降低了機(jī)體心肺正常功能，增加了呼吸道感染性疾病的發(fā)病率和組織細(xì)胞功能損傷[17]。此外，PM2.5還可通過刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)和促進(jìn)細(xì)胞凋亡等途徑影響呼吸系統(tǒng)。

2.1 氧化應(yīng)激

早期研究表明，細(xì)胞氧化應(yīng)激是導(dǎo)致身體傷害的主要原因。由于大氣中PM2.5表面附著的病原體（病毒、細(xì)菌、支原體、衣原體等）、金屬元素（鐵、銅、鋅、錳等）以及有機(jī)成分（氮、硫等）等能夠在機(jī)體細(xì)胞中誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的自由基，消耗抗氧化成分，引起機(jī)體細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激[18-19]。自由基的存在，降低抗氧化物酶，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）等的活性，破壞肺泡上皮細(xì)胞膜的正常結(jié)構(gòu)。

有相關(guān)研究表明[20-21]，PM2.5暴露能顯著升高脂肪氧化反應(yīng)標(biāo)志物丙二醛（MDA）和DNA氧化損傷的重要預(yù)測(cè)因子8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-deoxyguanosine，8-OHDG）的含量。Donaldson等[22]的研究也指出大氣可吸入顆粒物中很多化合物與肺細(xì)胞中的氧化損傷有關(guān)，其中最有可能的是有機(jī)化合物和過渡金屬。Li等[23]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露能夠誘導(dǎo)大鼠肺部的損傷作用，其機(jī)制可能與線粒體分裂/融合功能失調(diào)、ROS生成、線粒體脂質(zhì)過氧化及細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)失調(diào)有關(guān)。程碩等[25]的倉鼠肺成纖維細(xì)胞毒性研究顯示，一定濃度范圍內(nèi)的PM2.5能引起倉鼠肺成纖維細(xì)胞的氧化損傷，影響DNA的復(fù)制，阻礙細(xì)胞增殖生長(zhǎng)，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

此外，PM2.5暴露產(chǎn)生的自由基可損害血脂、蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子的結(jié)構(gòu)和功能而導(dǎo)致靶細(xì)胞和組織的損害[26]。

2.2 免疫反應(yīng)

大量研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5可引起呼吸系統(tǒng)免疫功能的改變。支氣管上皮細(xì)胞和肺泡巨噬細(xì)胞是人機(jī)體抵御空氣中PM2.5的第一道防線，大部分吸入性顆粒物可通過氣管和支氣管壁的黏液流動(dòng)和有規(guī)律的纖毛運(yùn)動(dòng)排出體外，而部分細(xì)微顆粒物則通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入或沉積于肺部[27]。

PM2.5或者所攜帶的有毒物質(zhì)可通過一系列下游信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路激活NF-KB，導(dǎo)致促炎介質(zhì)和趨化因子的合成增加，如白細(xì)胞介素（interleukin，IL） -1、IL-6、腫瘤壞死因子 -α（tumor necrosisfactor-α，TNF-α）等。這些促炎介質(zhì)和趨化因子不僅介導(dǎo)局部炎癥反應(yīng)，還可引起肺泡巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)延遲或抑制，易導(dǎo)致人體呼吸系統(tǒng)感染，如肺炎鏈球菌的易感性增加[28-29]。Shukla等[30]用PM2.5染毒肺泡上皮細(xì)胞后，細(xì)胞可釋放一系列與炎癥反應(yīng)和炎癥細(xì)胞增殖相關(guān)的細(xì)胞因子，誘發(fā)或加重支氣管炎和哮喘等一系列呼吸系統(tǒng)疾病。此外，朱坦等研究表明，氧化應(yīng)激反應(yīng)可持續(xù)激活核因子-KB（nuclear factor-kappa B，NF-KB），使炎癥反應(yīng)加劇，甚至發(fā)展成慢性炎癥[24]。

2.3 DNA損傷

PM2.5攜帶有種類和數(shù)量繁多的有機(jī)化合物，其中，苯并（α）芘（BaP）的多環(huán)芳烴物質(zhì)很容易造成DNA損傷。損傷信號(hào)會(huì)啟動(dòng)一系列信號(hào)級(jí)反應(yīng)，通過誘導(dǎo)細(xì)胞損害的有關(guān)基因和通路引起細(xì)胞內(nèi)DNA合成改變等，最終導(dǎo)致肺部疾病的發(fā)生[31]。

Mehta等[32]的研究證實(shí)，空氣中PM2.5所攜帶的多環(huán)芳烴和硝基化合物，不僅損傷DNA，抑制基因修復(fù)，且促進(jìn)損傷的DNA片段的復(fù)制，最終引發(fā)癌變的發(fā)生。Zhou等[33]在暴露于不同濃度的PM2.5（采集于中國北京）16HBE細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，同時(shí)檢測(cè)了539個(gè)可能與PM2.5誘導(dǎo)16HBE細(xì)胞損害有關(guān)的基因和通路的基因。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)16HBE細(xì)胞暴露于25 μg/mL的PM2.5時(shí)，有283個(gè)基因表達(dá)上調(diào)，256個(gè)基因表達(dá)下調(diào)，與對(duì)照組相比，表達(dá)差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Gu等[34]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PM2.5通過影響Notch信號(hào)通路參與了COPD小鼠的免疫失衡，PM2.5可以促進(jìn)Notch信號(hào)通路的過度激活加重COPD。

3 茶及其功能成分對(duì)肺部疾病的防治作用

茶葉中含有茶多酚、多糖、氨基酸等功效成分，相關(guān)研究[35]表明，茶葉及其提取物中的功能成分物質(zhì)具有降血脂血糖、保肝護(hù)肝、預(yù)防心腦血管疾病和抗氧化等作用，這些物質(zhì)能影響某些急性或慢性疾病的發(fā)病機(jī)制，甚至可以預(yù)防腫瘤的發(fā)生和在抗腫瘤的機(jī)制上起到很重要的作用。

3.1 茶與肺癌

大量細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，茶葉及其提取物尤其是茶多酚類物質(zhì)能夠有效地降低肺組織腫瘤的發(fā)生率[36-38]。許小琴等[37]通過研究肺癌發(fā)病率與飲茶時(shí)間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)飲茶能有效降低非吸煙者肺癌的發(fā)病率，且與飲茶時(shí)間呈正相關(guān)。Bonner和Rothman[39]的試驗(yàn)結(jié)果表明綠茶可以抑制氧化應(yīng)激和DNA損傷，降低患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)。

楊美蘭等[40]通過將肺鱗癌PC10細(xì)胞接種于小鼠體內(nèi)，在皮下注射各組茶多酚藥物。結(jié)果表明，茶多酚可上調(diào)Caspase-3表達(dá)，并下調(diào)Bcl-2表達(dá)，促進(jìn)小鼠體內(nèi)肺鱗癌PC10細(xì)胞凋亡。劉淑紅等[41]也通過建立Lewis肺癌的C57BL/6J小鼠模型，再灌服不同濃度劑量的茶多酚。試驗(yàn)結(jié)果顯示，茶多酚可使灌服茶多酚小鼠體內(nèi)血清抗氧化物酶（Superoxide dismutase,SOD）與谷胱甘肽（Glutathione,GSH）活性增強(qiáng)，丙二醛 （MDA）含量降低，胸腺指數(shù)和脾臟質(zhì)量增加，小鼠免疫力增強(qiáng)，明顯抑制腫瘤的生長(zhǎng)，表明茶多酚通過抑制脂質(zhì)過氧化反應(yīng)來抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生抗癌作用。

謝玨等[42]發(fā)現(xiàn)在茶多酚作用下，肺癌A549細(xì)胞周期被阻滯于G0/G1期。Milligan等[43]的研究表明EGCG可以抑制一些肺癌細(xì)胞株中的細(xì)胞增殖，是細(xì)胞增殖的有效抑制劑。LuQY[44]等研究發(fā)現(xiàn)茶多酚能誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，主要是通過COX-2信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)。李偉等[45]的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，茶葉提取物包括EGCG、茶黃素-3'、3'-雙沒食子酸酯（TFDG）等均能有效促進(jìn)體外培養(yǎng)的人肺腺癌A549細(xì)胞的凋亡，且EGCG的作用最強(qiáng)。這一研究結(jié)果與陸網(wǎng)坤等[46]研究結(jié)果一致，表明綠茶提取物可顯著抑制A549細(xì)胞的體外增殖。

茶葉及其功能成分對(duì)機(jī)體表現(xiàn)出氧化應(yīng)激、抗細(xì)胞凋亡及抗炎癥等保護(hù)作用，這些研究結(jié)果提示，茶葉及其功能成分可能有助于預(yù)防及緩解PM2.5引起的肺部相關(guān)疾病的發(fā)生及惡化。

3.2 茶與慢性阻塞性肺疾病

大氣中可吸入顆粒物，如香煙煙霧，是導(dǎo)致慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary diseases，COPD）發(fā)生及惡化的主要因素[47]。

有相關(guān)研究[48-49]表明，茶葉提取物及多酚類物質(zhì)能通過抑制氧化應(yīng)激有效預(yù)防和緩解COPD的發(fā)病。Chan K.H.等[50]對(duì)大鼠進(jìn)行每天香煙PM2.5暴露1 h并持續(xù)5 d建立COPD動(dòng)物模型，并用綠茶提取物灌胃后分析發(fā)現(xiàn)，綠茶提取物顯著降低香煙PM2.5暴露誘導(dǎo)的大鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激水平，使大鼠肺組織的SOD及CAT活性恢復(fù)至正常值水平。Syed等[51]發(fā)現(xiàn)，沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechin-3-gallate，EGCG）通過激活NF-kB信號(hào)通路抑制了由香煙煙霧提取物 （CSC）誘發(fā)的COPD。大量攝入兒茶素及水果等抗氧化食品對(duì)COPD有預(yù)防及緩解作用[52]。

3.3 茶與肺纖維化

空氣中PM2.5暴露已被報(bào)道能夠促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生[53]。Furuyama等應(yīng)用膠體金或巧光標(biāo)記的聚苯己稀顆粒灌注小鼠氣道，15 min后在肺泡上皮細(xì)胞的胞吞小體內(nèi)觀察到顆粒的存在[54]；體外培養(yǎng)的人肺泡上皮細(xì)胞也能夠直接攝取UFPs[55]。通過這些試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)，空氣中的PM2.5和UFPs可能作用于肺泡上皮細(xì)胞引發(fā)后續(xù)的肺纖維化過程。

周艷等[56]研究茶葉中EGCG在博萊霉素致大鼠肺纖維化中的作用，發(fā)現(xiàn)EGCG能通過下調(diào)大鼠TGF-β1表達(dá)減輕大鼠肺泡炎癥和肺纖維化程度。連麗燕等[57]研究表明EGCG能減少實(shí)驗(yàn)性肺纖維化大鼠肺組織中膠原沉積，降低肺系數(shù)，提高T-AOC和SOD水平，減輕肺部的病理損害，表明EGCG對(duì)博萊霉素誘導(dǎo)產(chǎn)生的大鼠肺纖維化有一定的抑制作用。

3.4 其他

徐麗倩[58]等試驗(yàn)結(jié)果表明，茶多酚和黃芩苷能下調(diào)百草枯致大鼠急性肺損傷中的缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1（TGF-β1）表達(dá)，表明茶多酚可以防治肺部損傷。

4 結(jié)語與展望

國內(nèi)外關(guān)于茶及其提取物對(duì)空氣中的PM2.5誘導(dǎo)肺部相關(guān)疾病的研究取得了一定的進(jìn)展。通過已有的試驗(yàn)研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)，PM2.5本身是有毒物質(zhì)，且可成為其他有毒物質(zhì)或重金屬的運(yùn)載體，是一種成分較為復(fù)雜的復(fù)合物。隨著季節(jié)和環(huán)境的變化，PM2.5導(dǎo)致肺組織損傷的程度和機(jī)制也會(huì)不同[59-60]。相關(guān)學(xué)者從細(xì)胞實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討了空氣中的PM2.5主要通過氧化應(yīng)激誘發(fā)肺部相關(guān)疾病。

目前市場(chǎng)上預(yù)防空氣中的PM2.5致?lián)p的藥物并不多見，面對(duì)由空氣中的PM2.5導(dǎo)致的肺部相關(guān)疾病越來越多，開發(fā)具有防治肺部相關(guān)疾病的功能產(chǎn)品研究工作前景廣闊、意義深遠(yuǎn)。茶葉是一種具有較好的抗氧化性、消炎、清除自由基等功效的健康飲品[61-62]，通過飲茶來增強(qiáng)機(jī)體免疫力、減少空氣中的PM2.5給機(jī)體帶來的傷害已成一種研究趨勢(shì)。因此，進(jìn)一步深入研究茶葉提取物對(duì)PM2.5誘導(dǎo)的肺相關(guān)疾病作用機(jī)制，開發(fā)含茶葉功能成分的新產(chǎn)品，可充分發(fā)揮茶葉的保健作用，促進(jìn)全民健康水平。