大氣細(xì)顆粒物對血小板的影響及作用機(jī)制

宋麗瑩 趙金鐲

細(xì)顆粒物（Fine particulate matter，PM2.5）作為空氣污染的首要污染物，與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。血小板是血栓形成的重要介質(zhì)，參與了機(jī)體免疫、反應(yīng)和炎癥反應(yīng)，與動脈粥樣硬化、心肌梗死和卒中密切相關(guān)。盡管多項研究顯示PM2.5的吸入暴露能夠增加心肌梗死、卒中和動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，但其對血小板影響的相關(guān)研究較少，具體的致血小板損傷的機(jī)制也有待進(jìn)一步探索。

空氣污染，尤其是細(xì)顆粒物（Fine particulate matter，PM2.5）污染與人類健康的關(guān)系受到越來越多的重視。PM2.5作為室外和室內(nèi)空氣污染的首要污染物，與呼吸系統(tǒng)疾病、循環(huán)系統(tǒng)疾病和代謝綜合征的關(guān)系在流行病學(xué)和毒理學(xué)研究中已經(jīng)得到了廣泛論證。其中，PM2.5與心血管疾病、血栓形成、動脈粥樣硬化等相關(guān)健康問題的研究頗多。

血小板是重要的循環(huán)血細(xì)胞，無細(xì)胞核，胞內(nèi)含有大量顆粒（α 顆粒、致密顆粒、溶酶體）。在血管損傷的部位，血小板通過滾動、黏附的過程，再通過膜受體識別受損血管壁暴露的血管性血友病因子（von Willebrand factor，VWF）/膠原（Collagen），起始血小板的黏附和活化。隨后，血小板內(nèi)的顆粒在血小板活化后釋放，正反饋促進(jìn)血小板激活，完成止血過程。

血小板是免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)和血栓形成的重要介質(zhì)，與動脈粥樣硬化、心肌梗死和卒中的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。盡管目前多項研究顯示PM2.5的吸入暴露能夠增加心肌梗死、卒中和動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，但關(guān)于PM2.5對血小板影響的系統(tǒng)性研究仍較少，具體的致病機(jī)制也有待進(jìn)一步探索。本文梳理了PM2.5暴露對血小板活性改變和血液高凝狀態(tài)的影響及相關(guān)作用機(jī)制，試圖闡明抗血小板治療在防治PM2.5暴露所致動脈血栓中的作用，并為相應(yīng)的藥物干預(yù)提供科學(xué)依據(jù)。

1.PM2.5 暴露影響血小板活性導(dǎo)致機(jī)體高凝狀態(tài)

顆粒物暴露可以引起血小板功能和活性的改變，急性暴露可促發(fā)血栓性心血管事件，導(dǎo)致人群死亡率上升。顆粒物增加心血管疾病風(fēng)險最主要的途徑是促進(jìn)動脈粥樣硬化的發(fā)展，這也是大多數(shù)心腦血管疾病的潛在病因，而血小板可促進(jìn)單核細(xì)胞向動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)的炎癥內(nèi)皮細(xì)胞募集，與動脈血栓和動脈粥樣硬化密切相關(guān)。

動物實驗顯示，顆粒物暴露后，血小板數(shù)量呈現(xiàn)增高、降低或不變，但目前尚無統(tǒng)一定論。動脈血栓的形成涉及血小板的黏附、聚集、釋放和纖溶功能，在不同研究中其變化水平也不盡相同。較為統(tǒng)一的是：顆粒物對血小板活性有較大影響，使機(jī)體處于促凝狀態(tài)，并可以加速動脈血栓的形成。同時，顆粒物暴露后能導(dǎo)致炎癥反應(yīng)升高，表現(xiàn)為多種血清細(xì)胞因子水平升高（MIP-1α、MIP-1β、IL-6、IL-10、TNF-α、M-CSF、GM-CSF、PDGF-bb、RANTES）[1]。

人群研究顯示，PM2.5暴露后，血小板激活、血小板數(shù)量增加、纖維蛋白原和白細(xì)胞數(shù)量增加機(jī)體呈現(xiàn)全身性系統(tǒng)炎癥，并且會使血小板源生長因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）受抑制[2]。從慢性病患者中觀察到，短暫暴露于顆粒物的糖尿病患者中血小板快速活化，這表明吸入受污染的空氣可激活心血管風(fēng)險較高的患者（包括動脈粥樣硬化斑塊患者）的原發(fā)性止血[3]。另有隨機(jī)交叉雙盲實驗顯示，人急性吸入暴露柴油車尾氣顆粒物（Diesel exhaust particles，DEP）后，血細(xì)胞比容增加[4]，血栓形成、血小板－中性粒細(xì)胞和血小板－單核細(xì)胞聚集增強(qiáng)，這表明短期DEP 暴露會導(dǎo)致血液濃縮和血小板增多，是急性心血管事件的重要決定因素。但也有研究顯示，雖然顆粒物增加系統(tǒng)炎癥和凝血的標(biāo)志物水平，但不影響血小板激活和內(nèi)皮功能紊亂，不影響血小板聚集情況。因此，人群在顆粒物暴露后的血小板數(shù)量、活性等指標(biāo)變化仍不統(tǒng)一，不僅是成人，PM2.5也使胎兒血栓血管病變風(fēng)險增加。

吸入空氣顆粒物不僅對血小板產(chǎn)生影響，還會引起凝血系統(tǒng)的變化，機(jī)體往往表現(xiàn)為促凝狀態(tài)。意大利1218 位志愿者的凝血相關(guān)測試顯示，短期暴露于空氣污染物后機(jī)體呈現(xiàn)出高凝狀態(tài)。長期暴露于PM10 與凝血功能的改變和更高的深靜脈血栓風(fēng)險相關(guān)。空氣污染的急性暴露不僅能增加血漿黏性、導(dǎo)致內(nèi)皮功能紊亂，也能增加凝血因子的水平，縮短凝血酶原時間，同時影響血小板活性。健康志愿者呼吸暴露于DEP 后，其血栓形成、血小板－中性粒細(xì)胞、血小板－單核細(xì)胞聚集均有所提升。顆粒物的暴露還與系統(tǒng)炎癥反應(yīng)、纖維蛋白原、血小板數(shù)量和白細(xì)胞數(shù)量的增加相關(guān)，特別是高濃度PM2.5可引起血栓前期狀態(tài)。此外，在顆粒物/柴油廢氣環(huán)境下鍛煉后，機(jī)體表現(xiàn)為缺血負(fù)荷的增加，血管舒縮功能障礙及纖溶系統(tǒng)平衡的破壞，同時表現(xiàn)為內(nèi)源性纖溶酶原的重要調(diào)節(jié)因子——組織纖溶酶原激活劑（Tissue plasminogen activator，t-PA）水平降低[5]，可能進(jìn)一步導(dǎo)致動脈阻塞和組織梗塞的形成。

綜上，顆粒物的暴露與血漿黏度、急性期反應(yīng)物的升高、血小板的活性改變有關(guān)，這些血栓形成效應(yīng)在靜注或氣管滴注超細(xì)顆粒物、DEP、PM2.5的實驗中均有所體現(xiàn)，表明顆粒物對血液循環(huán)系統(tǒng)的影響，但對血小板的確切影響仍需進(jìn)一步系統(tǒng)性研究。另外，顆粒物的暴露還會引起凝血系統(tǒng)的改變，使機(jī)體呈現(xiàn)促凝狀態(tài)。

2.PM2.5 對血小板影響的作用機(jī)制

血小板黏附和聚集在原發(fā)性止血中起重要作用，但血小板的過度活化將導(dǎo)致病理血栓的形成和不同類型的器官衰竭。PM2.5對血小板產(chǎn)生毒性作用的可能作用機(jī)制，將在下文進(jìn)行綜述和探討。

2.1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激的典型表現(xiàn)為活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的增加。內(nèi)源性ROS 的產(chǎn)生通常與細(xì)胞因子、外源化合物、細(xì)菌感染、線粒體氧化代謝相關(guān)，也與信號傳導(dǎo)、抗感染等多種生理過程相關(guān)。異常水平的ROS 升高可以損傷蛋白質(zhì)、脂肪乃至核酸，異常調(diào)節(jié)細(xì)胞信號通路，與動脈粥樣硬化等疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。

ROS 的主要來源是線粒體內(nèi)膜電子傳遞鏈，以及細(xì)胞質(zhì)膜上的NADPH 氧化酶。在線粒體中的電子傳遞鏈中，包含4個復(fù)合物，分別為復(fù)合物I、II、III、IV，依次傳遞電子，同時形成線粒體膜間腔與線粒體基質(zhì)中的質(zhì)子濃度梯度，用于ATP合成酶合成ATP。在電子傳遞過程中，最終將電子傳遞給O2，期間非平衡態(tài)的氧化磷酸化將導(dǎo)致活性氧的大量產(chǎn)生，進(jìn)一步損傷細(xì)胞內(nèi)大分子。除了線粒體電子傳遞鏈的功能紊亂，ROS的產(chǎn)生還可能與NADH 氧化酶（NADH oxidase，NOX）、氧化性低密度脂蛋白（Oxidized low-density lipoprotein，oxLDL）相關(guān)。

血小板中的內(nèi)源性ROS 是血小板中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子。GPVI 僅在血小板和巨核細(xì)胞中表達(dá)，其最主要的生理配體是膠原。在人類血漿中，sGPVI 表現(xiàn)為血小板功能的特異性標(biāo)志物，在動脈血栓、炎癥、免疫紊亂狀態(tài)下均會上升。配體與GPVI 結(jié)合后，通過Syk 依賴性通路和Syk 非依賴性通路在下游產(chǎn)生ROS，其中Syk 依賴性通路可以通過BAY61-3606 進(jìn)行阻遏[6]。ROS 的產(chǎn)生不僅可以直接調(diào)控下游信號通路，還可以通過蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatases，PTPs）抑制Syk 對下游信號的調(diào)控。

顆粒物的暴露可引起ROS 的產(chǎn)生和抗氧化酶等的變化，而血小板中高水平的ROS 又與血小板激活、血栓疾病、糖尿病、高脂血癥和代謝綜合征等疾病相關(guān)。這種ROS 增多促發(fā)血小板活化的效應(yīng)，可以通過使用NOX 抑制劑、ROS 清除劑如維生素C、維生素E，減少鈣離子動員，改善血小板的激活和聚集。同時，其他研究表明短期顆粒物暴露能增加血小板聚集，阿司匹林和魚油也可以用于減緩這一效應(yīng)。因此，氧化應(yīng)激可能是顆粒物暴露導(dǎo)致血小板損傷后所表現(xiàn)出的毒性效應(yīng)，也可能是導(dǎo)致血小板損傷的啟動因素或作用機(jī)制，抗氧化干預(yù)可以減緩顆粒物引起的部分毒性效應(yīng)。

2.2 炎癥反應(yīng)

炎癥與血小板活性的增強(qiáng)有關(guān)，由于炎癥因子的升高，也可導(dǎo)致機(jī)體處于促凝狀態(tài)。血小板表達(dá)許多趨化因子受體，包括但不限于CCR1、CCR3、CCR4、CXCR4 和CX3CRI。促炎細(xì)胞因子激活這些受體可以啟動血小板，而不直接誘導(dǎo)血小板聚集，這種啟動導(dǎo)致血小板對凝血酶等生理激動劑更敏感，從而在系統(tǒng)水平上建立促凝環(huán)境。此外，血小板與免疫系統(tǒng)的活動相關(guān)，血小板可以招募白細(xì)胞，血小板的凝血酶受體PAR4、CXCL7 與CXCR1/2 的激活促進(jìn)白細(xì)胞的募集和遷移[7]。血小板表面受體與白細(xì)胞的結(jié)合，能夠增加血小板表面蛋白P-selectin 和CD40 的表達(dá)[8]。

顆粒物暴露后炎癥指標(biāo)也表現(xiàn)為上升趨勢，IL-1β、IL-6等炎癥因子是重要的變化指標(biāo)[1]。顆粒物暴露還激活交感神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致兒茶酚胺的全身釋放，兒茶酚胺與小鼠肺泡巨噬細(xì)胞上的beta2-腎上腺素能受體（beta2AR）結(jié)合，增加了IL-6的釋放，加速動脈血栓形成，減少肺部巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的IL-6能夠改善促凝狀態(tài)。另一重要的促炎因子IL-1β 能夠提高內(nèi)皮細(xì)胞通透性，募集和黏附更多的白細(xì)胞，提高血小板與纖維蛋白原/膠原的黏附，促進(jìn)膠原對血小板的聚集效應(yīng)。另外，有研究表明，PM2.5可引起血管JAK1 和STAT3 基因表達(dá)升高，對JAK2 基因表達(dá)無明顯影響[9]，而JAK-STAT 通路是經(jīng)典的炎癥反應(yīng)激活通路。此外，Sirt1 在炎癥反應(yīng)的發(fā)展中也具有重要作用，通常認(rèn)為其具有一定的抗炎作用。Sirt1 基因敲除小鼠暴露于顆粒物后表現(xiàn)為肺血管滲漏、肺凝血和炎癥加重，肺Kruppel 樣因子2（KLF2）和血栓調(diào)節(jié)蛋白（Thrombomodulin，TM）表達(dá)下降；而Sirt1 基因表達(dá)的上調(diào)能改善此癥狀，上調(diào)KLF2 和TM 蛋白表達(dá)，這表明Sirt1 在暴露于顆粒物后具有抑制凝血的功能[10]。值得關(guān)注的是，線粒體不僅是細(xì)胞產(chǎn)生ROS 的重要位置，也與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)。血小板中線粒體是重要的細(xì)胞器，ROS 與炎癥反應(yīng)的協(xié)同作用可能進(jìn)一步促進(jìn)顆粒物對機(jī)體的毒性效應(yīng)。

2.3 Ca2+離子通道

Ca2+離子通道（Calcium channel）是細(xì)胞中選擇性通透Ca2+的離子通道，其化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)，包括電壓依賴性鈣通道（VDCC）和配體門控鈣通道（LGCC），Ca2+離子通道在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、細(xì)胞膜上均有分布，對多種細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度的調(diào)節(jié)起到了重要作用。在不同的血小板活化過程中，決定性的中心步驟是細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度的增加，Ca2+介導(dǎo)微絲和微管的收縮，影響血小板變形、聚集、釋放，進(jìn)而促進(jìn)血栓形成。血小板中Ca2+主要取決于胞外鈣內(nèi)流、胞內(nèi)鈣池釋放、線粒體攝取和釋放。盡管PM2.5對許多細(xì)胞中Ca2+相關(guān)的受體均有影響，如SERCA、TRPV1、TRPA1、IP3R、STIM1，ORAI1 等，PM2.5能夠影響心肌細(xì)胞Ca2+再攝取[11]，增加Jurkat T 細(xì)胞中Ca2+濃度。其他研究也顯示PM2.5可以激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，進(jìn)一步影響細(xì)胞氧化應(yīng)激和鈣離子內(nèi)流，加重PM2.5的毒性效應(yīng)。盡管目前研究顯示PM2.5通過作用于離子通道、細(xì)胞器等對細(xì)胞內(nèi)Ca2+產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起其他的毒性效應(yīng)，但目前鮮有研究報道其在PM2.5暴露后血小板中所發(fā)揮的作用機(jī)制。

3.多組學(xué)可用于探究顆粒物暴露后血小板分子機(jī)制的變化

PM2.5是成分復(fù)雜的混合物，不同來源的樣本成分差異較大，其作用靶點豐富，作用機(jī)制多樣化，因此借助高通量基因組學(xué)和蛋白組學(xué)可以挖掘更多的潛在致病機(jī)制。骨髓中成熟的巨核細(xì)胞可以產(chǎn)生血小板。有研究將血小板蛋白組學(xué)與mRNA組學(xué)進(jìn)行比較，其結(jié)果具有一定的差異性，考慮到血小板是無核細(xì)胞，雖然血小板細(xì)胞質(zhì)中攜帶一定的mRNA，但蛋白表達(dá)水平不完全受mRNA 調(diào)節(jié)。同時，巨核細(xì)胞邊緣的mRNA 可能是隨機(jī)脫落進(jìn)入血小板中，這表明血小板中的mRNA 不能完全代表其基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)水平。綜上，對顆粒物暴露后的血小板進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析更準(zhǔn)確，而對巨核細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，并對兩者進(jìn)行相關(guān)性分析，更能客觀反映顆粒物對血小板基因表達(dá)水平的影響，這也為探索PM2.5對血小板影響的作用機(jī)制提供了參考。但目前尚沒有從蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)對PM2.5所致血小板損傷機(jī)制進(jìn)行的探討，所以從蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)角度探索PM2.5致血小板損傷的機(jī)制將更有價值。

4.小結(jié)

綜上，顆粒物的暴露與血漿黏度、急性期反應(yīng)物的升高、血小板數(shù)量和活性改變有關(guān)，顆粒物可能通過引起機(jī)體氧化應(yīng)激、炎癥、胞內(nèi)鈣離子水平變化等途徑引起血小板活性的變化，但目前仍缺乏系統(tǒng)性的研究，需要進(jìn)一步研究以闡明顆粒物對血小板的毒理作用機(jī)制。