不同城市PM2.5致小鼠肝臟纖維化的效應(yīng)差異研究

閆志鵬,李舒月,邢頎頌,南 楠,秦國(guó)華,桑 楠

不同城市PM2.5致小鼠肝臟纖維化的效應(yīng)差異研究

閆志鵬,李舒月,邢頎頌,南 楠,秦國(guó)華*,桑 楠

(山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院,山西 太原 030006)

為闡明PM2.5誘發(fā)肝臟纖維化的潛在機(jī)制以及導(dǎo)致這種不良效應(yīng)的主要組分,本研究以采自我國(guó)太原、北京、杭州和廣州市的PM2.5暴露10月齡C57BL/6雌性小鼠4周后,利用組織切片染色,熒光定量PCR(qRT-PCR)以及Western blot 技術(shù)檢測(cè)小鼠肝臟纖維化的發(fā)生,并采用皮爾森相關(guān)系數(shù)法分析不同城市PM2.5暴露組小鼠肝臟纖維化相關(guān)基因表達(dá)水平與各城市典型化學(xué)組分的線性相關(guān)關(guān)系.結(jié)果發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,太原組和杭州組小鼠肝臟臟器系數(shù)顯著降低;太原組小鼠肝臟膠原沉積面積顯著增加,肝臟纖維化相關(guān)基因(和)的轉(zhuǎn)錄水平顯著升高,并且也僅有太原組PM2.5暴露誘導(dǎo)了小鼠肝臟蛋白的顯著增高,而其他城市PM2.5暴露組并未見上述纖維化相關(guān)因子的顯著變化.相關(guān)性分析結(jié)果顯示,Cr、Mn、Mo、Cs、Pb、Bi、U和Fe等金屬組分與和Col3a1的mRNA表達(dá)呈顯著正相關(guān),除NA、AC及BaP外其余15種多環(huán)芳烴均與表達(dá)顯著相關(guān),18種PAHs之和與表達(dá)顯著相關(guān).上述結(jié)果表明,PM2.5暴露可導(dǎo)致小鼠肝臟纖維化的發(fā)生,其中太原市PM2.5誘導(dǎo)肝臟纖維化發(fā)生最為顯著,TGF-β及其通路中相關(guān)信號(hào)分子在介導(dǎo)PM2.5誘發(fā)肝臟纖維化發(fā)生中發(fā)揮了重要作用,Cr、Mn、Mo、Cs、Pb、Bi、U、Fe及PAHs很可能是細(xì)顆粒物暴露導(dǎo)致小鼠肝臟纖維化的關(guān)鍵毒性組分.

PM2.5；肝臟；纖維化；關(guān)鍵組分

據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì),全世界每年因PM2.5暴露導(dǎo)致的過(guò)早死亡人數(shù)約為300萬(wàn)[1-2].此外,PM2.5暴露還與心肺疾病、腦血管疾病和肺癌等疾病的發(fā)病率增加有關(guān)[3].統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明截至目前仍有超過(guò)80%的人生活在空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)超過(guò)WHO限值的地區(qū)[4].但是,WHO及大多數(shù)國(guó)家環(huán)境部門在制定空氣污染物限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí),通常是假定單位質(zhì)量濃度的毒性強(qiáng)度相等,基于風(fēng)險(xiǎn)估算值(每μg/m3)來(lái)估算大氣PM2.5暴露對(duì)人口健康的影響,然而,近年來(lái)流行病學(xué)與毒理學(xué)研究均發(fā)現(xiàn)在不同地域暴露于相同質(zhì)量濃度的PM2.5可能導(dǎo)致程度不一的健康后果[5].由此可見,PM2.5污染仍是目前全球范圍內(nèi)一個(gè)嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題,研究PM2.5對(duì)于人體暴露的區(qū)域毒性差異具有重要意義.

越來(lái)越多的流行病學(xué)證據(jù)表明,PM2.5污染可能是導(dǎo)致全球肝損傷(包括非酒精性脂肪肝、肝纖維化和肝癌等)和代謝綜合征發(fā)病率上升的最重要環(huán)境因素之一[6-7].肝纖維化是多種肝病的常見病理過(guò)程,其特征是肝臟正常組織結(jié)構(gòu)中膠原纖維過(guò)量積聚、肝臟組織中膠原濃度顯著升高或膠原成分發(fā)生改變[8].基于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn),不論是在美國(guó)哥倫布還是我國(guó)新鄉(xiāng)市,吸入高濃度環(huán)境PM2.5均可誘導(dǎo)小鼠肝組織纖維化,并且高脂飲食加重了這種不良反應(yīng)[9-10].現(xiàn)有研究認(rèn)為,外源物質(zhì)通過(guò)激活轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β()信號(hào),促進(jìn)磷酸化,進(jìn)而促進(jìn)、合成,增加膠原蛋白和的表達(dá)是肝臟纖維化發(fā)生的一條經(jīng)典通路[8],但TGF-β及其通路中相關(guān)信號(hào)分子是否介導(dǎo)PM2.5誘發(fā)肝臟纖維化發(fā)生及機(jī)制鮮見報(bào)道.

雖然來(lái)自不同地區(qū)的研究均發(fā)現(xiàn)PM2.5可導(dǎo)致動(dòng)物肝臟膠原沉積增加/纖維化,然而這些不良影響和危害程度不同[9-10],另有研究顯示,國(guó)外不同區(qū)域內(nèi)PM2.5濃度升高相同值對(duì)肝臟疾病發(fā)病率的風(fēng)險(xiǎn)各異[11].我國(guó)首個(gè)研究PM2.5長(zhǎng)期暴露與NAFLD風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)的前瞻性隊(duì)列結(jié)果表明:同一地區(qū)生活在離交通主干道地區(qū)越近的人群,肝臟脂肪累積越明顯,NAFLD發(fā)病率越高[12].造成上述差異的根本原因可能與PM2.5所負(fù)載的化學(xué)成分和來(lái)源有關(guān)[12].目前文獻(xiàn)關(guān)于PM2.5導(dǎo)致肝臟纖維化的發(fā)生雖有報(bào)道,對(duì)不同地區(qū)PM2.5樣本中的重要毒性組分的研究也多有測(cè)定,然而某些毒性組分在細(xì)顆粒物中所占比例高并不意味著其對(duì)整體復(fù)合毒性的貢獻(xiàn)大,針對(duì)PM2.5中究竟是哪些組分可誘導(dǎo)肝臟纖維化還不清楚.

為此,本研究通過(guò)采集我國(guó)重點(diǎn)監(jiān)控的京津冀及周邊地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲等大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域的四個(gè)城市(太原,北京,杭州和廣州)PM2.5樣本,將其暴露于10月齡雌性小鼠,以肝臟纖維化標(biāo)志物的表達(dá)變化為效應(yīng)終點(diǎn),同PM2.5中典型化學(xué)組分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián),初步判定PM2.5中可能誘導(dǎo)肝臟纖維化的主要毒性組分,以期為大氣污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和防治提供實(shí)驗(yàn)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

雌性C57BL/6 小鼠購(gòu)于南京君科生物工程有限公司;總RNA提取試劑Trizol,反轉(zhuǎn)錄試劑盒以及熒光定量PCR試劑盒均購(gòu)于Takara公司;引物由上海Invirtrogen有限公司合成;10%的中性甲醛溶液購(gòu)于武漢賽維爾生物科技有限公司.

1.2 PM2.5樣本采集與染毒液制備

采用TH-150CⅢ型中流量大氣采樣器于2017年11月至2018年1月同時(shí)在我國(guó)四個(gè)城市采集大氣中的PM2.5.采樣點(diǎn)分別設(shè)在太原(山西大學(xué)),北京(國(guó)家納米科學(xué)技術(shù)中心),杭州(浙江工業(yè)大學(xué))和廣州(中山大學(xué)).采樣流量設(shè)定為100L/min,采樣時(shí)間設(shè)定為22h/d,將PM2.5收集在石英濾膜上.采集完成后,將整個(gè)采樣期間獲得的石英濾膜剪碎浸泡在超純水中,經(jīng)超聲振蕩、紗布過(guò)濾掉大塊殘?jiān)笾瞥蒔M2.5懸濁液,然后將其真空冷凍干燥為PM2.5干粉.暴露小鼠前稱取一定量的PM2.5干粉, 用生理鹽水配制成等質(zhì)量濃度的PM2.5懸濁液.所采集PM2.5的典型化學(xué)組分(金屬和多環(huán)芳烴)信息參見本課題組前期文獻(xiàn)[13].

1.3 小鼠分組、染毒與取材

選10月齡SPF級(jí)雌性C57BL/6小鼠45只,適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后按體重隨機(jī)分為對(duì)照、太原、北京、杭州、廣州5組,每組9只.參考課題組前期染毒劑量[14],采用咽后壁滴注法給不同城市組小鼠滴注3mg/kg(以體重(BW)計(jì))的PM2.5懸濁液,對(duì)照組小鼠滴注等量生理鹽水,隔天滴注一次,持續(xù)染毒4 周.實(shí)驗(yàn)期間觀察小鼠的精神狀況, 日常行為以及體重變化等情況.

PM2.5持續(xù)暴露4周后處死小鼠,快速摘取小鼠肝臟,生理鹽水漂洗、拭干組織表面浮水后稱重.取肝臟大葉邊緣組織用10%的中性甲醛溶液固定,剩余組織用液氮速凍后轉(zhuǎn)入-80℃冰箱凍存.

1.4 組織切片的制備、染色與觀察

取10%中性甲醛固定的肝臟組織,制備常規(guī)石蠟切片,采用蘇木素-伊紅(H&E) 和Masson三色法染色,顯微鏡觀察并拍照,并使用 Image-Pro Plus軟件計(jì)算膠原沉積(藍(lán)色)面積占總面積百分比,定量表征肝纖維化程度[15].

1.5 總RNA提取及實(shí)時(shí)熒光定量PCR

采用Trizol提取小鼠肝臟組織總RNA.使用反轉(zhuǎn)錄試劑盒將RNA反轉(zhuǎn)錄合成cDNA,參照試劑說(shuō)明建立qRT-PCR反應(yīng)體系檢測(cè)目的基因的表達(dá).使用梯度稀釋的cDNA為模板做每個(gè)基因的標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到每個(gè)樣品的目的基因及內(nèi)參基因GAPDH的相對(duì)數(shù)值,先計(jì)算每個(gè)樣品的目的基因/內(nèi)參基因GAPDH的比值,再計(jì)算各處理組與對(duì)照組之間目的基因/內(nèi)參基因比值的比值[15].引物序列見表1.

表1 實(shí)時(shí)熒光定量PCR中所用引物序列

1.6 蛋白免疫印跡分析(Western-blot)

用預(yù)冷蛋白裂解液從肝臟中提取蛋白質(zhì),經(jīng) SDS-PAGE凝膠電泳、轉(zhuǎn)膜等步驟將目的蛋白電轉(zhuǎn)至聚偏二氟乙烯(PVDF)膜上,隨后經(jīng)封閉、一抗孵育、二抗孵育、蛋白顯影等步驟對(duì)目的蛋白的表達(dá)進(jìn)行定量檢測(cè)[15].目的蛋白與β-actin光密度比值即為目的蛋白的相對(duì)表達(dá)含量.

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

本研究中數(shù)據(jù)均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用單因素方差分析,組間比較采用LSD法.用皮爾森相關(guān)系數(shù)(Pearson)法分析目的基因轉(zhuǎn)錄水平變化與PM2.5典型化學(xué)組分質(zhì)量濃度的相關(guān)性[13].< 0.05,用*表示,<0.01,用**表示.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠一般體征和肝臟系數(shù)的影響

實(shí)驗(yàn)期間各組小鼠行為活動(dòng)無(wú)明顯異常,飲食與排便正常,生長(zhǎng)狀態(tài)良好,無(wú)死亡.本課題組前期報(bào)道顯示,經(jīng)不同城市PM2.5暴露后各組小鼠間體重?zé)o顯著差異[16].取肝臟組織稱重并計(jì)算臟器系數(shù)發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,太原組和杭州組小鼠肝臟臟器系數(shù)顯著降低,而北京組和廣州組則無(wú)顯著變化(圖1).該結(jié)果提示太原市和杭州市PM2.5暴露可能對(duì)小鼠肝臟產(chǎn)生了一定的毒性作用,引發(fā)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的肝臟萎縮.

圖1 不同城市PM2.5暴露對(duì)對(duì)小鼠肝臟系數(shù)的影響

2.2 不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠肝臟組織病理變化的影響

圖2 不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠肝臟組織病理變化的影響

采用H&E染色法觀察不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠肝臟組織學(xué)的改變,結(jié)果顯示,對(duì)照組小鼠肝臟組織結(jié)構(gòu)正常,肝細(xì)胞以中央靜脈為中心呈輻射狀有序分布;太原組小鼠肝臟雖然也以中央靜脈為中心呈輻射狀分布,但匯管區(qū)結(jié)構(gòu)不明顯,疑似靜脈管周有膠原纖維散在.北京組和杭州組小鼠肝組織未呈明顯異常病理變化.而廣州組小鼠可見輕度炎性細(xì)胞浸潤(rùn)(黃色箭頭)、肝細(xì)胞空泡化和肝索紊亂(圖2).

圖3 Masson染色膠原沉積面積量化結(jié)果

對(duì)肝臟進(jìn)行Masson染色通過(guò)評(píng)估膠原沉積表征小鼠肝臟的纖維化程度.如圖2顯示,對(duì)照組小鼠的膠原分布正常且很少,北京組、杭州組和廣州組小鼠肝組織膠原沉積也不明顯,僅有太原組肝組織存在廣泛的膠原沉積(黑色箭頭,中央靜脈周圍藍(lán)色視野).纖維化區(qū)域的定量結(jié)果(圖3)顯示,太原組小鼠肝臟膠原沉積比例達(dá)對(duì)照組的2.62倍,提示太原市PM2.5可引起肝臟膠原沉積與纖維化反應(yīng).

2.3 不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠肝臟纖維化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平和蛋白表達(dá)的影響

對(duì)肝臟中的主要結(jié)構(gòu)膠原蛋白和,促纖維化標(biāo)志物以及纖維化相關(guān)基因的mRNA 水平進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果顯示:太原組小鼠肝臟中、、和的mRNA水平均顯著高于對(duì)照組(<0.05),變化倍數(shù)分別為2.64、2.37、1.49和2.24,而北京、杭州和廣州組小鼠肝臟中上述4種基因的表達(dá)無(wú)明顯變化(圖4).基于上述結(jié)果,我們進(jìn)一步比較了轉(zhuǎn)錄水平變化最明顯的基因在小鼠肝臟中蛋白表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)僅有太原組PM2.5暴露誘導(dǎo)了小鼠肝臟I型膠原蛋白的表達(dá)上升(圖5),這些表明太原市PM2.5可誘導(dǎo)小鼠肝組織中纖維化相關(guān)因子的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)水平的顯著上升,導(dǎo)致小鼠肝臟纖維化發(fā)生.

圖4 不同城市PM2.5暴露對(duì)小鼠肝臟纖維化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的影響

2.4 PM2.5中典型化學(xué)組分與小鼠肝臟纖維化相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平的關(guān)聯(lián)分析

3 討論

已有大量研究證實(shí)了PM2.5暴露對(duì)人群呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等的健康危害.肝臟作為重要的代謝和解毒器官,也易受到外來(lái)物質(zhì)的影響.肝纖維化是一種肝臟應(yīng)對(duì)外來(lái)有毒物質(zhì)脅迫而產(chǎn)生的可逆性傷口愈合反應(yīng)[17],肝內(nèi)結(jié)締組織增生與沉積以及纖維瘢痕的形成是肝纖維化的典型表現(xiàn)[18-19].據(jù)報(bào)道,PM2.5是誘發(fā)肝纖維化的重要危險(xiǎn)因素,暴露于PM2.5的動(dòng)物可觀察到肝組織學(xué)有明顯的竇周纖維化,肝纖維化標(biāo)志物表達(dá)明顯上調(diào)[9]等病理現(xiàn)象.但由于地形特征、氣象條件以及污染排放源的不同,不同來(lái)源、時(shí)空范圍的PM2.5毒性存在著巨大的差異.為此,我們采集我國(guó)重點(diǎn)監(jiān)控的京津冀及周邊地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲等大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域的四個(gè)城市的PM2.5樣本,在測(cè)定其典型化學(xué)組分的基礎(chǔ)上,探討其對(duì)小鼠肝臟纖維化的效應(yīng)差異原因,為初步判定PM2.5中可能誘導(dǎo)肝臟纖維化的主要毒性組分提供數(shù)據(jù)支撐.

PM2.5暴露引起小鼠肝臟的臟器系數(shù)和病理學(xué)改變存在城市差異性.臟器系數(shù)可能是體現(xiàn)某些受試物毒性的敏感指標(biāo),石蠟切片H&E染色是檢查器官形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的最常用方式.本研究發(fā)現(xiàn),太原市PM2.5處理組小鼠和杭州市PM2.5處理組小鼠肝臟臟器系數(shù)顯著降低,提示小鼠肝臟已發(fā)生一定的病變,但通過(guò)組織切片觀察、分子生物學(xué)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)僅太原市PM2.5誘導(dǎo)了小鼠明顯的肝臟纖維化,杭州市PM2.5并沒有產(chǎn)生類似的效應(yīng).此外,H&E染色發(fā)現(xiàn)僅有廣州組小鼠肝臟存在輕度炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、細(xì)胞空泡化等病理特征.本課題組前期研究發(fā)現(xiàn),太原市PM2.5中重金屬和多環(huán)芳烴組分濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廣州市和杭州市,且太原市PM2.5對(duì)小鼠心臟功能、心肌肥大等方面的影響較其他城市來(lái)說(shuō)較大[20],而廣州市PM2.5誘發(fā)小鼠肝臟脂肪變性效應(yīng)發(fā)生的能力最強(qiáng)(數(shù)據(jù)未發(fā)表);杭州市PM2.5處理組小鼠肝臟系數(shù)的降低表明杭州市PM2.5對(duì)小鼠肝臟存在明顯的毒性效應(yīng),但毒理終點(diǎn)尚未明確.因此我們認(rèn)為,PM2.5各組分間相互關(guān)系的復(fù)雜性以及生物體對(duì)不同毒性組分組合的敏感性是造成PM2.5生物毒性的差異性的根本原因,太原市PM2.5暴露組小鼠肝臟系數(shù)顯著下降以及出現(xiàn)明顯的纖維化表型可能與PM2.5所含成分有著直接關(guān)系.

PM2.5暴露引起小鼠肝臟纖維化相關(guān)基因表達(dá)改變存在城市差異性.研究表明,肝臟纖維化是一個(gè)涉及肝臟巨噬細(xì)胞(Kupffer細(xì)胞)、肝貯脂細(xì)胞(Ito細(xì)胞)、肝星狀細(xì)胞(HSC細(xì)胞)以及細(xì)胞外基質(zhì)等多種特殊細(xì)胞類型協(xié)調(diào)作用的復(fù)雜過(guò)程[21].當(dāng)肝臟損傷發(fā)生損傷時(shí),ITO細(xì)胞可被激活并分化為肌成纖維細(xì)胞,在此過(guò)程中,轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞的分化產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)蛋白,特別是膠原蛋白(以Col1a1和Col 3a1型膠原為主)的產(chǎn)生.肝臟纖維化的發(fā)生是膠原合成代謝和降解代謝失衡的結(jié)果,細(xì)胞外基質(zhì)的積聚是導(dǎo)致肝臟纖維化的關(guān)鍵病理生理因素[17-18].基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一類重要的調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)水解蛋白水解酶,在肝纖維化的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中也發(fā)揮著著關(guān)鍵作用. MMP2是MMP家族重要成員之一,已證實(shí)其異常表達(dá)與肝臟纖維化密切相關(guān)[22-23].本研究結(jié)果顯示太原組小鼠肝臟中、、和的mRNA水平均顯著升高,而北京、杭州和廣州組小鼠肝臟中上述4種基因的表達(dá)均無(wú)明顯變化. Western blotting檢測(cè)的表達(dá)水平變化也進(jìn)一步證實(shí)了太原市PM2.5誘發(fā)小鼠肝組織膠原沉積的結(jié)果.同樣地,Li等人也發(fā)現(xiàn)太原市冬季PM2.5暴露導(dǎo)致了大鼠肝組織中、和的mRNA和蛋白表達(dá)顯著上調(diào),炎癥加重[24].基于上述結(jié)果,推測(cè)PM2.5誘導(dǎo)肝臟纖維化效應(yīng)存在組分依賴性,太原市PM2.5中可能存在一些具有較強(qiáng)的誘導(dǎo)肝臟纖維化的組分,深入篩選與識(shí)別關(guān)鍵致毒組分具有重要意義.

PM2.5致小鼠肝臟纖維化的地區(qū)間效應(yīng)差異與其負(fù)載的化學(xué)組分特征密切相關(guān)不同區(qū)域間PM2.5導(dǎo)致的毒性效應(yīng)與健康結(jié)局不同,可能反映了區(qū)域間污染源以及大氣演化過(guò)程的差異,從而決定了區(qū)域間PM2.5化學(xué)成分的差異.我們前期發(fā)現(xiàn)[13],太原市冬季PM2.5中Cr、Mn、Cs、Pb、Bi、U和Fe元素的含量均大大高于其他3個(gè)城市.太原市PM2.5中的∑PAH濃度一年四季均最高(分別是北京2～10倍,杭州12～129倍,廣州4～15倍).我們推測(cè),一方面,太原市的空氣污染特征已逐漸從典型的煤煙型污染演變?yōu)槊簾熀蜋C(jī)動(dòng)車尾氣的混合污染[25].另一方面,太原市地理與氣象特征導(dǎo)致污染物輸送和稀釋能力較弱,污染物容易積聚[26].與太原PM2.5污染特征相區(qū)別的是,長(zhǎng)三角和珠三角出現(xiàn)以高濃度臭氧為典型特征的光化學(xué)污染問(wèn)題[27].在光化學(xué)污染過(guò)程中,多花芳烴等有機(jī)污染物可能轉(zhuǎn)化為生物毒性更強(qiáng)的痕量有機(jī)物[28].因此,廣州市和杭州市PM2.5處理組小鼠雖未表現(xiàn)出纖維化的特征,但也發(fā)生了較為明顯的肝臟病變,這種差異性的毒性終點(diǎn)可能與特定區(qū)域內(nèi)大氣二次轉(zhuǎn)化生成的一些有機(jī)物種相關(guān).本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),肝臟纖維化與18種多環(huán)芳烴中的絕大多數(shù)與存在明顯相關(guān)性,而貢獻(xiàn)這一效應(yīng)的金屬組分?jǐn)?shù)量則相對(duì)較少.綜上所述,太原市PM2.5暴露誘導(dǎo)了小鼠肝臟纖維化的發(fā)生,部分金屬組分和絕大多數(shù)多環(huán)芳烴可能是誘導(dǎo)肝臟纖維化的關(guān)鍵毒性組分.

利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型甄別PM2.5誘發(fā)肝臟纖維化的關(guān)鍵毒性組分行之有效我們前期的數(shù)據(jù)表明[20],太原、北京、杭州和廣州組PM2.5流體力學(xué)尺寸分別為790.3±30.3、936.8±34.01、1364±46.51和938.2 ±51.75nm.此外,整個(gè)采樣期間四個(gè)城市的 PM2.5濃度均值顯示,太原、北京、杭州和廣州組PM2.5濃度分別為101.2、40.7、77.5和80.9 μg/m3.誠(chéng)然,PM2.5的健康效應(yīng)與其濃度、粒徑和化學(xué)組成密切相關(guān).但目前對(duì)特定污染區(qū)域PM2.5的原位實(shí)時(shí)暴露尚處于起步階段,將PM2.5暴露于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的試驗(yàn)方法用于反映實(shí)際人體實(shí)際環(huán)境暴露情況尚有局限.因此,本研究按照暴露-效應(yīng)-關(guān)鍵組分識(shí)別的研究思路,在保證不同城市PM2.5劑量相同、粒徑相近的條件下采用咽后壁滴注的方式進(jìn)行小鼠PM2.5暴露試驗(yàn),以期對(duì)PM2.5中可能導(dǎo)致肝臟纖維化的關(guān)鍵組分進(jìn)行初步篩選,后續(xù)將以本研究初篩出的關(guān)鍵組分單獨(dú)或與誘導(dǎo)肝臟纖維化效應(yīng)不明顯的城市PM2.5復(fù)合暴露于小鼠,再檢測(cè)肝臟纖維化的病理結(jié)構(gòu)及標(biāo)志物,進(jìn)一步驗(yàn)證PM2.5關(guān)鍵毒性組分的作用,闡明PM2.5致小鼠肝臟纖維化的區(qū)域毒性差異.總之,本研究為不同典型污染過(guò)程中細(xì)顆粒物主控效應(yīng)成分的篩選與識(shí)別提供了較好的方法學(xué)與前期數(shù)據(jù),有助于闡明地區(qū)間PM2.5誘導(dǎo)肝臟纖維化差異的根本原因.

4 結(jié)論

4.1 PM2.5暴露能夠誘導(dǎo)小鼠肝臟纖維化的發(fā)生,且存在區(qū)域差異性,太原市PM2.5誘導(dǎo)肝臟纖維化發(fā)生最為顯著,TGF-β及其通路中相關(guān)信號(hào)分子MMP2在介導(dǎo)PM2.5誘發(fā)肝臟纖維化發(fā)生中發(fā)揮了重要作用.

4.2 Cr、Mn、Mo、Cs、Pb、Bi、U和Fe等金屬組分與多環(huán)芳烴(PAHs)可能是PM2.5中誘導(dǎo)肝臟纖維化的一些關(guān)鍵成分.

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Differential Effects of PM2.5from different cities in the induction of hepaticfibrosis in mice.

YAN Zhi-peng, LI Shu-yue, XING Qi-song, NAN Nan, QIN Guo-hua*, SANG Nan

(College of Environmental and Resources, Shanxi University, Taiyuan 030006, China)., 2022,42(6)：2878～2885

To clarify the potential mechanism by which PM2.5exposure causes liver fibrosis and the key components leading to this adverse effect, 10-month-old C57BL/6 female mice were exposed to PM2.5from different cities of China (Taiyuan, Beijing, Hangzhou and Guangzhou) for 4weeks. And tissue section staining, qRT-PCR and Western-blot technique were used to evaluate the features of liver fibrosis in mice. Pearson correlation coefficient was used to analyse the correlation between the expression level of liver fibrosis-related genes in mice and the typical chemical composition of PM2.5from different cities. The results showed that a significant decrease in the organ coefficient of liver was found in Taiyuan and Hangzhou PM2.5-exposed group. Taiyuan PM2.5exposure significantly increased the area of collagen deposition and the relative expression level of fibrosis related genes (,,and) in the mice liver, and only PM2.5from Taiyuan induced the significant increase ofprotein in mice liver, while PM2.5from other cities except Taiyuan exposure did not cause any of the above changes in fibrosis related factors. In addition, the results of correlation analysis showed that the metal components such as Cr, Mn, Mo, Cs, Pb, Bi, U and Fe were positively correlated with the mRNA expression ofand. Except for NA, AC and BaP, the other 15PAHs were significantly correlated withmRNA expression, and the sum of 18EPA PAHs was significantly correlated with. The above results indicated that PM2.5exposure induced hepatic fibrosis in mice, especially PM2.5from Taiyuan. TGF-β and related signal molecules in its pathway has beenshownto play a vital role in mediating liver fibrosis induced by PM2.5. Cr, Mn, Mo, Cs, Pb, Bi, U, Fe and PAHs of PM2.5were probably critical components to induce liver fibrosis.

PM2.5；liver；fibrosis；critical component

X171.5

A

1000-6923(2022)06-2878-08

閆志鵬(1996-),男,山西晉中人,山西大學(xué)博士研究生,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境毒理與健康.

2021-11-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(22076109,21777091);職業(yè)安全健康北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(2021)

* 責(zé)任作者, 教授, qinguojua@sxu.edu.cn