空氣細顆粒物PM2.5對人體各系統危害的研究

索丹鳳 曾三武

摘要：隨著人類工業化進程的加快，空氣污染逐漸加重。其中，細顆粒物（PM）污染對人體健康的危害最大。國內外大量研究表明，作為霧霾重要組成部分的PM2.5可誘發或加重各個系統的疾病。筆者就PM2.5對人體呼吸系統、循環系統、中樞神經系統、機體代謝及免疫、泌尿生殖系統、血液系統、消化系統、皮膚及其他系統危害的研究進展進行綜述。

關鍵詞：空氣污染;細顆粒物;危害

中圖分類號：X513 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2019.18.011

文章編號：1006-1959（2019）18-0032-03

Abstract：With the acceleration of human industrialization， air pollution has gradually increased. Among them， fine particulate matter （PM） pollution is the most harmful to human health. Numerous studies at home and abroad have shown that PM2.5，an important component of haze， can induce or aggravate diseases in various systems. The author reviews the research progress of PM2.5 on human respiratory system， circulatory system， central nervous system， metabolism and immunity， genitourinary system， blood system， digestive system， skin and other systems.

Key words：Air pollution;Fine particles;Hazard

近年來空氣污染成為各界研究熱點。PM2.5指懸浮于空氣中空氣動力學直徑≤2.5 μm的固態或液態顆粒物。PM2.5在空氣顆粒物中占有相當大的比重，由于其組成的復雜結構集合體比大顆粒組成的簡單結構集合體表面積更大，更容易吸附一些對人體健康有害的重金屬和有機物，因而具有更高的毒性。國內外大量流行病學調查發現，顆粒物濃度的上升與疾病的發病率、死亡率關系密切，故對PM2.5的研究已成為大氣環境及醫學領域的熱點課題。筆者就PM2.5對人體各系統危害的研究進展做一綜述。

1 PM2.5對呼吸、循環及中樞神經系統的影響

呼吸系統是空氣進出人體的門戶，PM2.5危害人體健康，首先受到累及的是呼吸系統，加之呼吸系統疾病種類繁多，病因復雜，多種疾病病理機制尚未明確，PM2.5與呼吸系統相關疾病的發生甚至死亡等都有明顯的關系。研究表明，無論是短期暴露于PM2.5還是長期暴露于PM2.5，均會明顯影響呼吸系統疾病的發生、發展及結局。劉昌景等[1]對我國1989～2014年發表文獻進行Meta分析PM2.5與呼吸系統疾病不良健康結局的相關關系發現PM2.5每增加10 μg/m3，呼吸系統疾病的死亡率將增加0.50%，表明我國呼吸系統疾病不良健康結局與PM2.5污染存在著密切關系。鼻竇炎、慢性阻塞性肺疾病、肺功能不全、肺癌、過敏性肺疾病、結節病等呼吸系統疾病都和接觸PM2.5有關。至今為止，PM2.5損害呼吸系統的致病機制尚處于探索階段，隨著近年來研究的不斷深入，其可能的致病機理有以下幾種學說：①轉錄因子與炎癥因子激活學說;②巨噬細胞損傷學說;③細胞鈣失穩學說;④自由基過氧化損傷學說[2];⑤細胞周期紊亂學說。

PM2.5可進入呼吸道深部及肺泡，甚至進入血液循環而導致機體多系統尤其是心血管系統的損傷，心血管系統超過呼吸系統成為PM2.5最重要的靶器官。心率失常、動脈粥樣硬化、心肌梗死、冠心病、心力衰竭都和PM2.5吸入相關。有研究表明[3]，PM2.5每增加10 mg/m3，心血管系統疾病發病率增加12%～14%，且呈線性關系。宋佳麗等[4]探討了華中地區大氣PM2.5長期暴露與成人血壓水平的相關性，結果發現PM2.5長期暴露與華中地區人群血壓水平顯著相關。老年人、男性、患高血壓者PM2.5長期暴露后收縮壓升高更為顯著。PM2.5可引起心血管系統疾病發病率和死亡率增高，尤其在老年人，心血管疾病的易感患者的健康危害上體現的較為明顯。PM2.5引起心血管損傷的具體機制尚不明確，目前認為有如下幾個方面：炎癥反應及氧化應激、內皮功能紊亂、自主神經功能失衡、RAS系統的激活、凝血/纖溶系統平衡紊亂、鈣離子通道激活等[5]。

研究顯示，PM2.5被認為是中樞神經系統疾病的致病因素[6]，帕金森癥（PD）和阿爾茨海默癥等疾病都和PM2.5的大量吸入相關。由PM2.5誘發的神經退行性變及中樞神經系統炎癥，其致病根源在于中樞神經系統內炎癥介質不能高水平正常表達且產生了活性氧，其至少通過四種路徑實現：炎癥介質途徑、嗅覺途徑、神經傳導途徑、PM和UFPs的碳成分及某些化學成分如燃燒來源的金屬、釩、鎳等可直接引起大腦炎癥反應、破壞血腦屏障的完整性。

2 PM2.5對機體代謝及免疫的影響

代謝綜合征（metabolic syndrome，MS）是包括中心性肥胖、糖代謝紊亂、血脂異常、高血壓等復雜的代謝紊亂癥候群。PM2.5可誘發或加重代謝綜合征發病，表現為出現糖脂代謝異常并加重糖尿病病情、引起肥胖和血壓升高等。其中，胰島素抵抗是其主要致病機制[7]。迄今，大量流行病學研究和實驗結果顯示，PM2.5會誘發炎癥反應及氧化應激，引起葡萄糖代謝紊亂和胰島素抵抗（insulin resistance，IR），誘發和加重2型糖尿病[8-10]。PM2.5誘導IR的作用原理尚不清楚，現有的主要學說如下：內皮功能異常、炎癥因子、內質網應激、線粒體應激等[11]。

PM2.5亦可損傷免疫系統，當人體長期處于PM2.5環境下，會導致其自身免疫功能發生改變。經常在PM2.5環境中的人體組織的抗菌能力以及免疫活細胞都會發生變化，進而導致肺部一些具備特定性能的淋巴細胞出現免疫性功能異常，進而減弱其免疫能力。細顆粒物對巨噬細胞免疫性能有很大的損傷，不僅破壞其非特異性免疫功能，還損害其特異性免疫功能。PM2.5可與各類相異的免疫細胞發生反應，誘導形成不同的信號，以鈣信號、細胞凋亡及氧化損害等形式破壞機體免疫性能[6]。

3 PM2.5對泌尿生殖系統的影響

目前，有關PM2.5暴露與腎臟慢性損傷關系的認識仍然有限。證據表明，PM2.5暴露增加慢性腎臟病的風險、加速腎功能下降、增加慢性腎臟病患者合并癥與死亡風險[12]。PM2.5暴露可引起大鼠肝、腎組織的氧化損傷，其作用機制可能是肝與腎細胞膜脂質發生過氧化反應，降低組織抗氧化性或是增大氧應激反應，損壞氧化及抗氧化體系平衡，最終損傷氧化過程。此外，不同實驗觀察結果提示：PM2.5暴露影響腎臟發育，降低腎臟血液灌注，損傷腎臟多種細胞組分。但是，PM2.5成分復雜，有季節和地域差異，尚需更多設計嚴謹的人群隊列研究和動物實驗確證PM2.5與腎臟疾病的關系[12]。

動物實驗研究發現，PM2.5可經大鼠血液循環透過血睪屏障作用于生殖系統，引起睪丸組織GSH含量及各種氧化酶活性的降低，從而干擾細胞周期進程，對生殖系統具有一定的毒性作用。亦有研究表明[13]，空氣污染物可經由胎盤或是生成活性物質進而對妊娠過程產生影響，特別是以能夠進入肺泡并在血液中具有沉積性質的PM2.5為主，PM2.5與不良妊娠結局有關。秦喆等[14]研究表明，PM2.5一方面損傷人絨毛膜外滋養細胞HTR8-SVneo，還可借助破壞MMPs/TIMPs的穩態破壞滋養細胞HTR8-SVneo的侵襲與轉移能力，進而影響正常妊娠反應，而具體信號機制有待深入研究。同時，PM2.5會導致染色體發生異變，誘發生殖毒性，嚴重的可產生癌變。PM2.5由于存在類雌激素反應而和乳腺癌的發病率有一定的相關性，所以PM2.5的暴露和乳腺癌發病率呈顯著相關。有研究指出：長期處于煙霧顆粒（以PM2.5為主）環境中會誘導宮頸癌細胞發生氧化應激反應，進而破壞DNA（8-oxod G），并與HPV侵染有相似的病癥，這也就解釋了吸煙患者患宮頸癌概率較高的問題[15]。

4 PM2.5對血液系統的影響

近年來白血病的發病率不斷上升，其發生除了遺傳信息發生改變導致的積累效應之外，骨髓造血微環境的改變也會導致造血紊亂。環境污染物PM2.5主要通過影響骨髓微環境從而影響白血病的發生發展。陽靜等研究發現，高濃度PM2.5對兒童骨髓基質細胞具有一定的毒性作用，從而對骨髓造血微環境均產生影響[16]。Boothe VL等[17]發現在眾多導致白血病發展的因素中，空氣污染是一個關鍵因子，其作用機制可能是炎癥損傷和氧化應激。有研究表明[18]，PM2.5暴露可導致PT、APTT縮短，誘導產生血液高凝，其作用原理和血管內皮損傷及炎癥反應有關。

5 PM2.5對消化系統的影響

Cave M等[19]對4582名成年人的調查顯示，處于PM2.5污染環境下的成年人血清谷丙轉氨酶（ALT）明顯偏高，而對體質指數、年齡、性別、貧困收入比、種族及胰島素抵抗等指標校正后，ALT仍處于較高水平，并對PM2.5劑量具有明顯依賴。李明等[20]研究表明，PM2.5可通過LXRα和SREBP-lc誘導肝細胞脂質堆積，并誘發肝細胞氧化應激，這可能是PM2.5引起非酒精性脂肪肝的重要機制。C57BL/6雄性小鼠長期處于PM2.5后，其枯否細胞增殖明顯，由于枯否細胞被激活可釋放很多細胞因子，進而導致出現炎癥反應并與肝星狀細胞作用產生膠原蛋白，最后引起肝臟纖維化。

6 PM2.5對皮膚的影響

皮膚是人體最大的器官，直接暴露于PM2.5，作為人體的第一道免疫防御屏障，以抵御環境污染物進入體內。流行病學研究表明，細顆粒物對皮膚的毒性取決于暴露者的健康狀態、經皮穿透時皮膚屏障的完整性、解剖部位以及細顆粒物上附著的污染物的性質等[21]。目前的科學證據表明，PM2.5不僅會加速外源性皮膚老化還會使皮膚病的發病率增加。亦有研究表明，PM2.5可抑制角質形成細胞增殖，促進其凋亡[22]，且PM2.5能夠導致人永生化角質形成細胞（HaCaT）的氧化應激[23]。大氣顆粒物對皮膚健康造成不利影響的機制如下：氧化應激與炎癥反應、芳香烴受體（AhR）的活化、對皮膚表面微生物的影響等。

7 其他

眼球作為長期暴露于環境中的一個重要器官，同樣也遭受著環境中PM2.5的侵害。PM2.5成分中的酸性物質會刺激眼睛的球結膜、角膜。此外，其中還含有大量的細菌、病毒、微生物，容易在眼睛里迅速繁殖，使眼部刺激癥狀更為嚴重。李娟等[24]研究發現，PM2.5會影響小鼠淚膜功能，損傷小鼠角膜上皮的組織結構，從而造成視力下降。

PM2.5對骨骼系統的影響，研究報道不多。PM2.5可刺激破骨細胞增殖，破壞機體成骨和破骨的平衡調節，或可作為雌激素受體的誘導配體，直接或間接地與轉錄因子相互作用，從而干擾基因的轉錄，引起或加劇骨質疏松癥。PM2.5引發或加劇骨質疏松可能與PM2.5的致癌作用、炎癥因子、芳香烴受體、雌激素受體等相關[25]。

8總結

PM2.5形成過程復雜，給環境和人體健康帶來的危害不容忽視。PM2.5所引發的健康負效應是多方面的，對人體的主要影響是通過對呼吸道引起肺炎癥反應、系統性炎癥反應和自主神經功能障礙等一系列氧化應激損傷，從而影響呼吸系統、心血管系統及中樞神經系統等。PM2.5可不同程度地累及呼吸、循環、神經、免疫、消化、代謝、血液、生殖、眼、皮膚等多個方面。因此，加強人群保護和減少大氣顆粒物污染就顯得尤為重要。目前，研究者們雖然取得了一定的科學成果，但關于大氣污染對人體健康影響的認識仍然有限，由于城市化進程加快，城市空氣污染日益嚴重，故尚未形成對PM2.5健康效應機制的全面認識，進一步研究和了解其影響機制仍然很有必要。同時，也為突發氣候事件給各系統損傷的防治奠定理論基礎和臨床依據。

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收稿日期：2019-4-21;修回日期：2019-4-29

編輯/王海靜