PM2.5致肺損傷及茶葉對肺部疾病防治作用的研究進展

洪樂樂,陳宇宏,李 勤,黃建安,劉仲華

(1.湖南農業大學 茶學教育部重點實驗室,湖南 長沙 410128;2. 國家植物功能成分利用工程技術研究中心,湖南 長沙 410128;3. 湖南省植物功能成分利用協同創新中心 ,湖南 長沙 410128)

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PM2.5致肺損傷及茶葉對肺部疾病防治作用的研究進展

洪樂樂1,3,陳宇宏1,3,李 勤1,2*,黃建安1,2,劉仲華1,2*

(1.湖南農業大學 茶學教育部重點實驗室,湖南 長沙 410128;2. 國家植物功能成分利用工程技術研究中心,湖南 長沙 410128;3. 湖南省植物功能成分利用協同創新中心 ,湖南 長沙 410128)

PM2.5是指直徑小于或等于2.5μm的顆粒物,也稱細顆粒物,易附帶有毒、有害物質,導致肺部疾病.茶葉中含有茶多酚、黃酮、茶黃素等多種營養物質,對防治肺部疾病的發生具有良好的效果.本文以PM2.5的毒性及茶葉的保健功能為出發點,綜述了PM2.5致肺損傷及茶葉對肺部疾病的防治作用,為預防PM2.5所致疾病及茶葉的后期開發與利用提供理論依據.

PM2.5;茶葉;肺損傷;防治作用

隨著我國工業的日趨發展以及頻繁出現的霧霾天氣,讓人們越來越加深了對一個名詞的了解--PM2.5.所謂PM2.5,即直徑小于或等于2.5μm的顆粒物,也稱細顆粒物[1].近年來,中國大氣PM2.5的污染極其嚴重.與較粗的大氣顆粒物相比,PM2.5對人體健康和大氣環境質量的影響更大.因為直徑越小,進入呼吸道的部位越深,易引起各種呼吸道疾病.

茶是世界上飲用最廣泛的飲料,茶葉及其提取物能影響一些慢性疾病的發病機理.已有不少研究表明茶葉及其提取物對肺部疾病等具有防治作用,也有實驗研究證明茶葉具有一些可以清除多種自由基的功能成分,對機體抗氧化有明顯的促進作用,在保護肺組織正常功能上也有顯著的防治作用.

本文對PM2.5與肺損傷的關系及茶葉對肺部疾病的防治作用機理進行系統而全面地綜述,旨在為茶葉的合理開發與利用提供科學依據.

1　PM2.5致肺損傷的研究進展

顆粒物的成分很復雜,主要取決于其來源.PM2.5可以由硫和氮的氧化物轉化而成,其主要來自于化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃燒,還有二手煙、焚香金紙等都能形成PM2.5.PM2.5可以進入人肺部并引起各種呼吸道疾病,給大氣環境和人體健康帶來極大危害[2].《環境研究通訊》雜志(Environmental Research Letters)2013年有一項報告稱,全球每年因空氣污染死亡的人數已超過200萬人.死亡原因主要是大氣中PM2.5等懸浮顆粒物濃度上升,對人體肺部造成損害.可見,PM2.5對人體健康的危害極大.因此,研究PM2.5致肺損傷的作用機理已迫在眉睫.

PM2.5 是一種肺部可吸入的毒性因子,大量毒理實驗研究以及流行病學調查均顯示暴露于 PM2.5 將會對機體健康產生嚴重的損害,能引起各種呼吸道疾病,如哮喘、肺功能下降、肺癌等,甚至導致心血管疾病及免疫系統崩潰等[3-7]. PM2.5能深入滲透到肺部,刺激和腐蝕肺泡壁,比PM10 對人體的危害更大.已有研究發現,若將 PM2.5濃度增加10ug/m3,將引起總死亡率增加12.07%[7].也就是說,大氣中PM2.5 濃度升高大大增加了人的發病率和死亡率.程碩、王偉[8]等的細胞毒性研究顯示,PM2.5 在一定濃度范圍內能導致細胞死亡,引起細胞的氧化損傷,影響DNA的復制,阻礙細胞增殖.近年來,許多科學家都致力于探索PM2.5對機體的毒性機制,指出可吸入顆粒物對肺組織的損傷主要分為氧化損傷和炎性損傷兩大類.許多研究表明,PM2.5進入人體肺組織后,其本身具有自由基活性,且含有的金屬、有機成分等也能夠誘導細胞產生自由基,這些自由基導致了肺組織的氧化性損傷.Valko[9]等指出,自由基會引起氧化應激反應,造成細胞氧化還原失衡,以及細胞癌變.Donaldson和Beswick[10]等通過實驗證明了環境顆粒物的表面可以產生自由基, Donaldson[11]等還證明了鐵(Fe)參與了這個過程. Shi[12]等發現細顆粒物可使肺泡細胞產生(?OH)自由基,并誘發8-OH脫氧鳥嘌(8-OHdG)的形成.Kennedy T[13]等研究發現銅(Cu)可能也是引起可吸入顆粒物造成肺損傷的一個過渡金屬.姜智海[14]等用PM2.5水溶液對小鼠進行氣管滴注染毒24 h 后測得支氣管肺灌洗液中乳酸脫氫酶(LDH)、堿性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)、白蛋白(ALB)、NO 、一氧化氮合酶(NOS)、丙二醛(MDA) 、超氧化物歧化酶(SOD) 等含量以及TNF-α、IL-1 活性較對照組均有顯著增高(P<0.05).Jimenez[15]等通過體外實驗證明PM10可以使細胞的NF-kB、DNA 結合催化蛋白-1、IL-8 mRNA 以及TNF-a 的表達量顯著增加,并且提高嗜中性粒細胞的趨化活性.Kelly, F. J.等[16]研究了顆粒物對氧化生物學和免疫反應的影響,證明了顆粒物的吸入確實會引起肺部炎癥活動,從而引起動脈粥樣硬化、缺血性心血管和心臟自主神經功能的改變及阻塞性肺疾病等.由此可見,PM2.5是導致肺損傷的重要因素,保護環境,嚴控大氣中PM2.5濃度,對預防肺部疾病的發生有著重要意義.

2　茶及其提取物對肺部疾病防治作用的研究進展

面對肺部疾病發病率和死亡率的日漸加大,開發經濟有效的預防藥物勢在必行.茶作為世界上最廣泛的飲料,不僅其口味受全球稱贊,而且還含有茶多酚、黃酮、可溶性糖、氨基酸、咖啡堿等有益于身心健康的營養和藥理成分,被專家推薦為最適宜飲用的健康飲料.茶葉及其提取物在防治肺部疾病等方面已有諸多研究,含有的一些理化成分可以阻斷肺部相關致病細胞信號轉導通路、參與致病相關的酶的調控等,從而防治肺部疾病.而PM2.5進入肺部,表現出類似的病理特點,因此,茶葉對PM2.5所致肺部疾病的防治,將有巨大的醫學研究價值和廣闊的市場前景.

茶葉及其提取物中的有機成分能影響一些急性或慢性疾病的發病機理,甚至可以預防腫瘤的發生和在抗腫瘤的機制上起到很重要的作用.國內外有很多研究表明茶葉及其提取物能防治各種肺部疾病.Yang[17]等的實驗研究也表明喝茶可以抑制肺癌及腫瘤的發生.Banerjee和Maity[18]等研究了紅茶對香煙引起的細胞凋亡和肺損傷的防治作用及其機理.Bonner和Rothman[19]的試驗結果表明綠茶可以降低得肺癌的風險,其可能原因是喝茶可以抑制氧化應激和DNA損傷.劉英莉等[20]通過動物實驗研究表明茶多酚對石英粉塵引起的脂質過氧化損傷有一定的保護作用.Ganguly, C.[21]等研究了茶多酚對高度轉移性肺癌細胞株NCI-H460的增殖及凋亡的影響及相關的基因表達,表明茶多酚可以抑制肺癌細胞的生長和存活.Milligan等[22]的研究表明EGCG是細胞增殖的有效抑制劑,可以抑制一些肺癌細胞株中的細胞增殖、C-Met受體、EGFR激酶活性的能力.Lu, Q. Y.[23]等研究發現綠茶提取物是一種重要的抗炎介質,參與肺部致癌作用的關鍵炎癥通路C0X-2, 誘導癌細胞凋亡,探討了預防肺癌和其他相關炎癥的機制.李曉煥[24]通過研究小鼠肺損傷的機制、小鼠肺組織形態學改變、血清中炎癥因子指標的改變及肺組織中炎癥因子的差異性表達等證明了茶多酚對煙熏致肺損傷小鼠有一定的保護作用.莫貴艷[25]的研究表明茶氨酸可以在一定程度上抑制內皮細胞增殖,誘導內皮細胞凋亡,抑制內皮細胞體外血管形成,從而抑制裸鼠移植瘤新生血管的形成.不同的茶有不同的對NHBE細胞保護作用.GCGC和GA的主要活性成分是茶利用主成分分析法(PCA)對肺癌化學預防.Jin, P.和Zhu, F. X.[26]認為不同的茶對NHBE細胞有不同的保護作用,GCGC和GA是茶中預防肺癌的主要活性成分.王利兵[27]研究發現茶多酚防治低氧性肺動脈高壓可能是通過促進Smac與caspase-3表達,進而促進肺動脈平滑肌細胞凋亡來實現.Pan, J[28]等通過對RNA序列進行分析,發現了綠茶抑制肺腫瘤的形成的主要途徑是AP-1.Zhou, H.[29]等試驗研究了EGCG在小鼠肺癌中mRNA的基因調控中的作用,發現EGCG對肺癌的發生有一定的防治作用.徐麗倩[30]等試驗研究了茶多酚和黃芩苷對百草枯中毒大鼠血清及肺組織TGF-β1和HIF-1α表達的影響,試驗結果表明:茶多酚、黃芩苷對急性PQ中毒大鼠血清及肺組織TGF-β1、HIF-1α表達有下調作用,可見,茶多酚和黃芩苷可以防治各種肺部疾病.Lu, Q. Y.[31]等通過綠茶對非小細胞肺癌細胞的抑制研究,提供了一種預防肺癌和其它炎癥疾病的新的研究機制.

3　展望

雖然我國已有了保護環境的意識及相應措施,但治理效果不容樂觀,生存在霧霾天中的人們依舊深受其害.由于PM2.5是一種復雜的復合物,其導致肺部疾病的不利元素可能會隨著季節、環境而不同,對肺組織損傷的程度和機制也會相應發生變化[32,33],所以目前市場上預防PM2.5所造成傷害的藥物并不多見.面對已被嚴重污染的大氣環境以及由PM2.5導致的越來越多的肺部疾病,開發預防治療肺部疾病的有效藥物已是重要課題.而茶葉作為含有各種功能成分的飲品,用飲茶來減少PM2.5給身體帶來的傷害也越來越被認可.從相關研究文獻可知,茶葉及其提取物可預防肺部疾病的發生,消除自由基,抵制炎癥反應等,因此,展開茶葉對PM2.5所致肺部疾病的防治作用機理研究,并用于臨床試驗,不僅可以促進人們對茶葉的普遍飲用,發揮茶葉的保健作用,并且可以為茶葉保健功能的研究與保健產品的開發利用提供理論依據.

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Research progress of the Lung diseases caused by PM2.5 and the Prevention and cure effect of tea on lung diseases

HONG Le-le1,3,CHEN Yu-hong1,3,LI Qin1,2*,HUANG Jian-an1,2,LIU Zhong-hua1,2*
(1.Key Laboratory of Tea Science of Ministry of Education, Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals,Changsha 410128, China;3. Hunan Co-Innovation Center for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, China)

PM2.5 refers to the particulate matter whose diamete is less than or equal to 2.5 microns, also known as fine particulate matter with poisonous and harmful substances, causing lung diseases easily.Tea contains a variety of nutrients such as polyphenols, flavonoids, theaflavins, having a good effect for the prevention and treatment of lung disease. This paper took the toxicity of PM2.5 and the health care function of tea as a starting point of the research, discussed the lung injury caused by PM2.5 and the prevention and cure function of tea to the harm, providing a theoretical basis for preventing the diseases caused by PM2.5 and the development and utilization of tea.

PM2.5, Tea, Lung injury, Prevention and cure function

S571.1,R285.5

A

1009-525X(2016)02-08-12

2016-03-10

2016-04-21

湖南省重大科技項目(2013FJ007)

洪樂樂(1991-),女,湖南岳陽人,在讀碩士研究生,研究方向:茶葉加工及功能成分化學.

李勤,liqinvip@126.com; 劉仲華,larkin-liu@163.com