大氣細(xì)顆粒物生殖毒性研究進(jìn)展

衛(wèi)旭東，王牧笛，段俊，鄭麗明，呂正梅

1. 安徽醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院組織胚胎學(xué)教研室，合肥 230032 2. 安徽醫(yī)科大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，合肥 230032 3. 中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所，中國(guó)科學(xué)院環(huán)境光學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥 230031

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展與城鎮(zhèn)化水平不斷提高，我國(guó)主要大氣污染物排放量已升至世界第一，遠(yuǎn)超出大氣環(huán)境承載能力，導(dǎo)致以細(xì)顆粒物(fine particulate matter, PM2.5)為特征的區(qū)域性大氣污染問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響人民的身心健康[1]。根據(jù)最近的一篇全球疾病負(fù)擔(dān)報(bào)告，大氣細(xì)顆粒物污染被認(rèn)為是全球范圍內(nèi)致死和致殘的主要風(fēng)險(xiǎn)因素之一[2]。流行病學(xué)和毒理學(xué)的大量研究證明，短期或長(zhǎng)期暴露在PM2.5中會(huì)對(duì)機(jī)體造成損害，引起與呼吸系統(tǒng)[3]、心血管系統(tǒng)[4]、神經(jīng)系統(tǒng)[5]、免疫系統(tǒng)[6]以及生殖系統(tǒng)等相關(guān)的疾病。生殖系統(tǒng)作為健康生命體的重要組成部分，保證物種的延續(xù)和發(fā)展，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于PM2.5生殖毒性效應(yīng)的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)探討PM2.5對(duì)人類(lèi)和模型動(dòng)物生殖系統(tǒng)的病理影響和毒性機(jī)制，并對(duì)現(xiàn)有研究熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行討論，旨在為探索PM2.5在生殖毒理學(xué)效應(yīng)中的作用及其機(jī)制提供一定的參考。

1 流行病學(xué)研究(Epidemiological study)

隨著對(duì)PM2.5毒性研究的不斷深入，其生殖毒性逐漸受到廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外人群流行病學(xué)調(diào)查及毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，PM2.5接觸可對(duì)男性、女性生殖和后代產(chǎn)生不利的影響，PM2.5對(duì)人體具有一定的生殖毒性。

1.1 PM2.5對(duì)男性生殖的影響

多項(xiàng)研究表明，PM2.5暴露對(duì)男性生殖具有一定的毒性作用。PM2.5暴露會(huì)導(dǎo)致精子質(zhì)量下降，主要表現(xiàn)為精子質(zhì)量、精子活力、精子數(shù)量和濃度的下降以及精子的形態(tài)學(xué)改變，PM2.5致男性生殖毒性的流行病學(xué)相關(guān)調(diào)查研究匯總于表1[7-14]。胡富宇等[7]發(fā)現(xiàn)PM2.5日均暴露濃度升高會(huì)導(dǎo)致精子密度下降、精子活率和活力不合格的風(fēng)險(xiǎn)增加。Guan等[8]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露濃度與精子密度、精子數(shù)量和精子活力之間呈負(fù)相關(guān)。Santi等[9]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露濃度與精子活力和異常形態(tài)呈負(fù)相關(guān)。Lao等[10]分析了取精前2年內(nèi)PM2.5暴露對(duì)精子質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)2年內(nèi)PM2.5暴露濃度和精子形態(tài)水平下降存在相關(guān)性。吳黎等[11]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露濃度與精子活力之間存在線(xiàn)性關(guān)聯(lián)，呈顯著下降趨勢(shì)。Radwan等[12]發(fā)現(xiàn)PM2.5污染有可能會(huì)導(dǎo)致性別比例發(fā)生變化。

表1 PM2.5致男性生殖毒性的流行病學(xué)調(diào)查T(mén)able 1 Epidemiological investigations of PM2.5-induced male reproductive toxicity

1.2 PM2.5對(duì)女性妊娠的影響

大量研究表明，PM2.5暴露對(duì)女性的生殖毒性主要表現(xiàn)為孕婦自然流產(chǎn)、胎兒生長(zhǎng)受限、早產(chǎn)、死產(chǎn)和出生缺陷的發(fā)生率增高，PM2.5致女性生殖毒性的流行病學(xué)調(diào)查相關(guān)研究匯總于表2[15-30]。Yang等[15]發(fā)現(xiàn)孕婦在妊娠期間接觸PM2.5會(huì)顯著增加出現(xiàn)死產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。Green等[16]計(jì)算了死胎率與在妊娠期間PM2.5暴露濃度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)PM2.5與死產(chǎn)發(fā)生有關(guān)。Arroyo等[17]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露濃度與早產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)增加呈正相關(guān)。Liu等[18]發(fā)現(xiàn)懷孕第12～20周之間的PM2.5平均暴露濃度與早產(chǎn)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)。但Stieb等[19]和Melody等[20]等的研究表明，妊娠期間的PM2.5暴露未增加早產(chǎn)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并且不影響胎兒發(fā)育，結(jié)果差異的產(chǎn)生可能因研究對(duì)象的選取方式、暴露水平和暴露評(píng)估方法等因素不同所導(dǎo)致。

表2 PM2.5致女性生殖毒性的流行病學(xué)調(diào)查T(mén)able 2 Epidemiological investigations of PM2.5-induced female reproductive toxicity

Liang等[21]發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露會(huì)造成新生兒的出生體質(zhì)量偏低。新生兒先天性畸形的研究顯示，懷孕母親在妊娠期暴露于高濃度PM2.5環(huán)境可導(dǎo)致新生兒主動(dòng)脈縮窄、主動(dòng)脈弓斷離和全肺靜脈回流異常等先天性心臟疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加[22-23]。Saenen等[24]發(fā)現(xiàn)懷孕早期PM2.5平均暴露濃度升高會(huì)導(dǎo)致胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育缺陷。潘曉等[25]通過(guò)染毒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高濃度PM2.5暴露會(huì)明顯降低人卵巢顆粒細(xì)胞活性、減少激素分泌，阻礙女性生殖系統(tǒng)發(fā)育，并對(duì)胎兒的生長(zhǎng)帶來(lái)危害。

2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)(Animal experimentation)

2.1 哺乳動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

除流行病學(xué)研究外，大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明PM2.5暴露會(huì)對(duì)生物生殖系統(tǒng)造成不良影響。PM2.5對(duì)哺乳動(dòng)物的生殖毒性集中體現(xiàn)在對(duì)生殖細(xì)胞的影響、生殖器的破壞、性激素的抑制，以及對(duì)后代的影響。對(duì)不同暴露條件下PM2.5對(duì)哺乳動(dòng)物生殖系統(tǒng)毒性影響的研究結(jié)果匯總于表3。

2.1.1 PM2.5對(duì)雄性生殖的影響

周逢海等[31]發(fā)現(xiàn)，PM2.5暴露會(huì)導(dǎo)致雄性小鼠睪丸組織出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，精子濃度降低，交配實(shí)驗(yàn)中雌鼠受孕率明顯降低。Yang等[32]發(fā)現(xiàn)小鼠暴露于高濃度PM2.5后精子濃度和活性下降，異常精子形態(tài)比例增加，并影響雄性?xún)?nèi)分泌，進(jìn)而影響生殖。Qiu等[33]研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5通過(guò)抑制下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸影響雄性生殖，還使卵泡刺激素的靶基因在睪丸中的表達(dá)降低。嚴(yán)超等[34]發(fā)現(xiàn)PM2.5可以通過(guò)破壞大鼠的血睪屏障完整性，使有毒有害物質(zhì)進(jìn)入生精小管損傷生精細(xì)胞，影響精子質(zhì)量。

2.1.2 PM2.5對(duì)雌性生殖的影響

Liao等[35]發(fā)現(xiàn)PM2.5促使雌性小鼠卵巢細(xì)胞凋亡，降低了卵巢的儲(chǔ)備能力，從而降低雌性鼠的生殖潛力。張豐泉等[36]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5能夠明顯降低雌鼠妊娠前后血清中雌二醇、孕酮和絨毛膜促性腺激素等對(duì)于卵泡的發(fā)育與排卵有非常重要作用的激素含量，影響雌鼠體內(nèi)內(nèi)分泌激素的分泌水平，進(jìn)而影響雌鼠的生殖系統(tǒng)。此外，PM2.5能夠促使子宮組織中炎性因子的釋放，能夠誘發(fā)大鼠的子宮炎癥反應(yīng)，造成子宮組織損傷[37]。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)PM2.5對(duì)子宮的損傷作用可能與細(xì)胞凋亡有關(guān)，經(jīng)過(guò)PM2.5短期暴露后大鼠子宮組織形態(tài)發(fā)生改變，證明了PM2.5毒性機(jī)制可能與PERK-eIF2α-CHOP信號(hào)通路介導(dǎo)的子宮組織發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，進(jìn)而使子宮組織發(fā)生細(xì)胞凋亡[38]。

2.1.3 PM2.5對(duì)哺乳動(dòng)物后代的影響

PM2.5暴露同樣會(huì)導(dǎo)致子代的發(fā)育毒性。一些研究表明，空氣污染能夠影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，胚胎期母體長(zhǎng)期暴露于PM2.5中可導(dǎo)致子代神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育出現(xiàn)異常。李久存等[39]發(fā)現(xiàn)在妊娠期和哺乳期暴露于大氣顆粒物中的雌鼠所產(chǎn)仔鼠海馬體內(nèi)單胺類(lèi)神經(jīng)遞質(zhì)含量減少，其主要表現(xiàn)為記憶和學(xué)習(xí)能力的下降。Klocke等[40-41]研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期間小鼠暴露于PM2.5會(huì)導(dǎo)致子代胼胝體少突膠質(zhì)細(xì)胞加快成熟，并使總少突膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量減少。在神經(jīng)炎癥方面，王婷婷等[42]研究發(fā)現(xiàn)，7～8周齡小鼠在妊娠期暴露于PM2.5環(huán)境中，會(huì)導(dǎo)致子代小鼠腦中釋放高水平的炎癥因子和細(xì)胞毒性物質(zhì)，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成嚴(yán)重?fù)p傷。Ren等[43]的研究表明，經(jīng)PM2.5暴露后的成年雄性子代精子濃度和精子活力下降，精子畸形率增加，以自噬的形式影響成年雄性小鼠睪丸組織。鄭昕蕊等[44]觀察到PM2.5暴露使新生子代鼠心、肝、脾、肺和腎組織結(jié)構(gòu)受損，各主要器官細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生不同程度的細(xì)胞核周間隙增寬、自噬體增多、線(xiàn)粒體嵴模糊和斷裂等變化。鞏艷等[45]發(fā)現(xiàn)新生小鼠肝臟蛋白表達(dá)量出現(xiàn)異常，表明PM2.5妊娠期暴露可通過(guò)抑制胚胎肝臟細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其發(fā)生細(xì)胞凋亡，對(duì)子代小鼠肝臟發(fā)育產(chǎn)生影響。林彬彬[46]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠母體妊娠期滴注暴露于3.68 μg·μL-1PM2.5，子代大鼠出現(xiàn)腎間質(zhì)纖維化、腎間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、腎小管上皮細(xì)胞壞死，尿液中蛋白量升高等病理學(xué)變化。湯雯婷等[47]對(duì)妊娠期暴露于PM2.5的大鼠研究發(fā)現(xiàn)，仔鼠肺泡數(shù)和肺泡等效面積均減小、肺泡間隔等效厚度增大，引起肺功能下降。de Barros Mendes Lopes等[48]的研究證明了在出生前和出生后早期暴露于PM2.5會(huì)導(dǎo)致肺泡數(shù)量減少，肺泡空間增大，肺彈性增加。洪新如等[49]研究發(fā)現(xiàn)母體PM2.5暴露可影響子代免疫系統(tǒng)的發(fā)育，導(dǎo)致子代免疫功能相關(guān)指標(biāo)發(fā)生改變。

2.2 其他動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

除小鼠這些哺乳動(dòng)物以外，斑馬魚(yú)和線(xiàn)蟲(chóng)等因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單也經(jīng)常被用于生殖毒性研究，在表4中匯總了近年來(lái)有關(guān)PM2.5對(duì)斑馬魚(yú)和秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)生殖毒性的研究。

表3 PM2.5致哺乳動(dòng)物生殖毒性研究Table 3 Mammalian studies on PM2.5-induced reproductive toxicity

Rhee等[50]研究發(fā)現(xiàn)，隨著PM2.5濃度的增加，孵化出的斑馬魚(yú)出現(xiàn)心動(dòng)過(guò)緩、毛細(xì)胞數(shù)量下降的現(xiàn)象，其中心動(dòng)過(guò)緩和暴露濃度呈正相關(guān)。吳德生等[51]發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)胚胎孵化率隨PM2.5劑量增加而降低的趨勢(shì)，這是因?yàn)镻M2.5造成了斑馬魚(yú)胚胎組織的氧化損傷和遺傳基因的改變[52]。Zhang等[53]發(fā)現(xiàn)斑馬魚(yú)幼仔炎癥相關(guān)基因的表達(dá)增加，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞自噬通路顯著增加，這些變化使得斑馬魚(yú)幼仔的死亡率和畸形率增加。

王云彪等[54]發(fā)現(xiàn)PM2.5可能導(dǎo)致線(xiàn)蟲(chóng)生殖系統(tǒng)功能異常，但PM2.5對(duì)卵的孵化率沒(méi)有影響。Sun等[55]和Zhao等[56]均發(fā)現(xiàn)，對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)進(jìn)行高濃度PM2.5急性暴露或中低濃度PM2.5長(zhǎng)期暴露均會(huì)導(dǎo)致后代數(shù)量顯著減少。Wang等[57]用柴油機(jī)尾氣顆粒物(DPM，一種重要PM2.5組分)對(duì)線(xiàn)蟲(chóng)進(jìn)行了連續(xù)世代暴露，DPM顯著增加了F0代生殖細(xì)胞的凋亡，DPM顯著減少了F2代后代數(shù)目，表明PM2.5不僅能影響親代的繁殖能力，甚至?xí)?duì)子代及后續(xù)世代產(chǎn)生影響；并通過(guò)一系列線(xiàn)蟲(chóng)缺陷型品系的暴露實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)DPM的不良影響在長(zhǎng)期多代暴露后，仍有明顯影響，這是通過(guò)影響DNA損傷檢驗(yàn)點(diǎn)基因的表達(dá)來(lái)產(chǎn)生的。

表4 PM2.5致其他動(dòng)物生殖毒性研究Table 4 Other animal studies on PM2.5-induced reproductive toxicity

3 機(jī)制研究(Mechanism study)

PM2.5化學(xué)組分復(fù)雜，包括碳質(zhì)組分、無(wú)機(jī)組分、有機(jī)組分和生物組分等，且因地域因素、氣象因素和季節(jié)不同而存在很大差異，目前PM2.5的生殖毒性作用機(jī)制尚未完全掌握，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外PM2.5生殖毒性機(jī)制研究主要集中在以下幾點(diǎn)。

3.1 PM2.5不同化學(xué)組分對(duì)生殖的影響

PM2.5是多種無(wú)機(jī)和有機(jī)成分的混合物，其健康影響可能因其成分和來(lái)源的不同而不同。Ebisu和Bell[58]的研究表明，在PM2.5化學(xué)成分中，不同成分對(duì)胎兒發(fā)育的影響效果有一定差異，鋅、鎳、鈦、釩、有機(jī)碳、硝酸鹽和元素碳這些與出生體質(zhì)量呈明顯的負(fù)相關(guān)。鋅暴露量每增加10 mg·min-1出生體質(zhì)量下降7.5 g，鈦暴露量每增加10 mg·min-1，低出生體質(zhì)量(LBW)風(fēng)險(xiǎn)增加15.9%[59]，這可能表明它們的毒性作用大于其他成分。Bell等[60]調(diào)查了PM2.5的質(zhì)量、成分和來(lái)源與足月新生兒的出生體質(zhì)量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)有下列元素影響新生兒的出生體質(zhì)量，鋅(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加12%)、元素碳(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加13%)、硅(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加10%)、鋁(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加11%)、釩(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加8%)和鎳(LBW風(fēng)險(xiǎn)增加11%)，其中，硅和鋁與道路粉塵相關(guān)，元素碳和鋅與汽車(chē)相關(guān)，釩和鎳與石油燃燒相關(guān)。PM2.5還會(huì)導(dǎo)致母親肺部炎癥，從而降低胎兒可獲得的氧氣水平，而胎盤(pán)炎癥也會(huì)損害氣體和營(yíng)養(yǎng)交換。特別是PM2.5中的某些成分，如金屬和多環(huán)芳烴，可能會(huì)引起氧化應(yīng)激，導(dǎo)致胎兒本身的DNA損傷。值得注意的是，金屬也可以在胎兒組織中積累，可能影響胎兒生長(zhǎng)。

3.2 PM2.5誘導(dǎo)氧化應(yīng)激

體外研究表明，PM2.5通過(guò)呼吸系統(tǒng)進(jìn)入體內(nèi)，其表面大量附著的有機(jī)化合物被代謝激活成為親電反應(yīng)代謝物，使得機(jī)體產(chǎn)生大量的活性氧自由基(ROS)，在生殖器官如睪丸和卵巢中也可以檢測(cè)到較多的ROS產(chǎn)生。線(xiàn)粒體通路是PM2.5引起細(xì)胞凋亡的主要途徑，過(guò)多的ROS刺激引起B(yǎng)H3-only蛋白激活，通過(guò)Bcl-2家族調(diào)控線(xiàn)粒體，使線(xiàn)粒體外膜滲透，導(dǎo)致細(xì)胞色素C釋放到胞質(zhì)中，與凋亡蛋白酶激活因子Apaf-1結(jié)合，并聚集Caspase-9形成凋亡小體，進(jìn)而裂解激活下游的凋亡調(diào)控蛋白Caspase-3，引起細(xì)胞凋亡[61]。

氧化應(yīng)激對(duì)精子具有潛在的危害。人類(lèi)精子對(duì)ROS特別敏感，過(guò)多的ROS可導(dǎo)致精子數(shù)量減少，精子質(zhì)量和活力下降。商學(xué)軍等[62]選擇具有正常生理功能的男性精子作為模型，發(fā)現(xiàn)在ROS的攻擊后精子膜中的不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化反應(yīng)，使精子膜失去完整性和流動(dòng)性，對(duì)精子運(yùn)動(dòng)功能造成影響，最終使精子功能發(fā)生障礙導(dǎo)致男性不育。

正常情況下氧化反應(yīng)為卵泡發(fā)育提供能量，卵泡液中的ROS主要來(lái)自于顆粒細(xì)胞[63]，但PM2.5會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生過(guò)多的ROS導(dǎo)致細(xì)胞發(fā)生氧化應(yīng)激，影響卵巢功能。潘曉等[25]研究PM2.5對(duì)人卵巢顆粒細(xì)胞氧化損傷時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著PM2.5濃度的升高人卵巢顆粒細(xì)胞上清液中丙二醛(MDA)含量、ROS含量升高，超氧化物歧化酶活性明顯下降，卵巢顆粒細(xì)胞的細(xì)胞活性下降，卵巢顆粒細(xì)胞氧化與抗氧化之間的平衡遭到破壞。

3.3 PM2.5導(dǎo)致炎癥反應(yīng)

正常情況下，促炎因子和抗炎因子屬于相互拮抗的關(guān)系，炎癥過(guò)程中外界刺激使細(xì)胞或體液釋放產(chǎn)生促炎因子，伴隨著血管擴(kuò)張通透性增加以及組織損傷，這時(shí)機(jī)體會(huì)產(chǎn)生抗炎因子來(lái)減輕炎癥反應(yīng)，幫助機(jī)體修復(fù)，而PM2.5的刺激會(huì)導(dǎo)致機(jī)體中一系列炎癥相關(guān)因子的水平增高，使兩者的平衡被打破，機(jī)體會(huì)出現(xiàn)自我損傷或免疫低下等癥狀。張豐泉等[37]發(fā)現(xiàn)暴露在PM2.5中雌性大鼠的促炎因子TNFα、IL-1β和IL-6表達(dá)水平顯著升高，但抗炎因子不足以完全抵消PM2.5所產(chǎn)生的炎癥因子，從而發(fā)生炎癥反應(yīng)造成子宮組織損傷。De Melo等[64]對(duì)懷孕的大鼠進(jìn)行暴露處理，發(fā)現(xiàn)大鼠在懷孕期間胎盤(pán)中胎兒IL-4含量升高，表明PM2.5的接觸使大鼠產(chǎn)生了胎盤(pán)炎癥反應(yīng)。Zhou等[65]的研究表明，PM2.5暴露明顯導(dǎo)致睪丸DNA損傷和組織病理學(xué)改變，小鼠精子密度顯著降低。PM2.5暴露顯著增加NACHT、LRR和PYD域含蛋白3(NALP3)炎性小體主要成分的表達(dá)，同時(shí)在睪丸中靶向FOXO1的miR-183/96/182表達(dá)增加。其分子機(jī)制依賴(lài)于NALP3炎性小體的激活以及靶向睪丸FOXO1的miR-183/96/182表達(dá)的增加。黃佳偉等[66]和鄒楊等[67]發(fā)現(xiàn)PM2.5促進(jìn)金黃色葡萄球菌肺炎和支氣管上皮細(xì)胞炎癥，PM2.5誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)是通過(guò)激活細(xì)胞內(nèi)核因子NF-κB信號(hào)通路，促使TNF-α、IL-6等促炎因子表達(dá)與釋放增加，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。

3.4 PM2.5誘導(dǎo)DNA損傷

研究顯示，PM2.5中的某些成分具有基因毒性和致突變作用，其中，多環(huán)芳烴(PAHs)、金屬成分和硝基化合物被認(rèn)為是PM2.5攜帶的主要致癌物質(zhì)。通過(guò)DNA加合物的形成誘導(dǎo)核酸鏈斷裂、堿基錯(cuò)配、插入或缺失、嘧啶聯(lián)合、交聯(lián)和甲基化等，從而導(dǎo)致DNA的損傷[68]。苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽等PAHs可在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為二氫二醇環(huán)氧苯并芘(BPDE)并與DNA共價(jià)結(jié)合成BPDE-DNA加合物，PM2.5中的一些金屬成分也可引起DNA加合物的形成，例如Fe2+介導(dǎo)形成的8-OHdG加合物[68]等，這些加合物能夠造成DNA的損傷，并誘導(dǎo)基因突變，最終可能帶來(lái)細(xì)胞癌變[69]。Topinka等[70]的研究表明，PM2.5會(huì)導(dǎo)致大量的DNA加合物產(chǎn)生以及氧化性DNA損傷。這2種作用都通過(guò)微粒體細(xì)胞色素P-450酶的代謝激活而增強(qiáng)，且c-PAHs對(duì)這2種作用有顯著影響。張琳等[71]采用氣管滴注對(duì)雄性大鼠進(jìn)行用不同劑量的PM2.5染毒，并對(duì)睪丸組織細(xì)胞周期及核DNA量進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)大鼠睪丸二倍體細(xì)胞數(shù)顯著減少，S期細(xì)胞數(shù)量減少。

3.5 PM2.5導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

PM2.5可以導(dǎo)致生殖細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress, ERS)是細(xì)胞和組織損傷的重要機(jī)制之一。其主要作用途徑為未折疊蛋白反應(yīng)(UPR)，可促進(jìn)蛋白正確折疊，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，有利于細(xì)胞的正常存活。然而，當(dāng)UPR持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，細(xì)胞便會(huì)啟動(dòng)凋亡程序[72]。

Liu等[73]發(fā)現(xiàn)大鼠在PM2.5暴露后，精子的存活率以及活性顯著降低，畸形率明顯升高，曲細(xì)精管出現(xiàn)輕微的壞死、萎縮變形和中度出血；附睪中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶GRP78 mRNA表達(dá)水平明顯上升，是對(duì)照組的4倍，在進(jìn)行蛋白水平檢測(cè)后，發(fā)現(xiàn)大鼠睪丸中ERS的標(biāo)志蛋白GRP78蛋白、X-盒結(jié)合蛋白-1、CHOP蛋白和Caspase-12蛋白表達(dá)水平升高。張豐泉等[38]研究發(fā)現(xiàn)，PM2.5暴露后大鼠子宮組織出現(xiàn)損傷，大鼠子宮組織細(xì)胞的凋亡率升高，免疫印跡(WB)法檢測(cè)子宮ERS相關(guān)蛋白發(fā)現(xiàn)GRP78、PERK、eIF2α和CHOP蛋白表達(dá)水平均明顯升高，證明了ERS在PM2.5生殖毒性中的作用。

3.6 PM2.5對(duì)血睪屏障完整性的破壞

生精小管與相鄰的精細(xì)管支持細(xì)胞之間通過(guò)細(xì)胞連接形成的一種特殊結(jié)構(gòu)，即血睪屏障(blood testis barrier, BTB)，血睪屏障能夠提供健康環(huán)境，使有毒有害物質(zhì)不能進(jìn)入生精小管，從而使精子得以正常形成，對(duì)精子的產(chǎn)生具有重要意義。嚴(yán)超等[34]和Cao等[74]前后進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)大鼠進(jìn)行了PM2.5暴露處理，檢測(cè)精子質(zhì)量、附睪形態(tài)及睪丸組織表達(dá)和BTB連接蛋白表達(dá)等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)PM2.5升高了大鼠睪丸ROS水平，導(dǎo)致Sertoli細(xì)胞氧化損傷，促進(jìn)其發(fā)生細(xì)胞凋亡，從而破壞BTB的完整性；另外，PM2.5暴露使BTB連接蛋白表達(dá)水平均明顯下降，生精微環(huán)境保護(hù)缺失，精子產(chǎn)生中斷，導(dǎo)致精子質(zhì)量變差。Liu等[75]探究PM2.5對(duì)Sertoli細(xì)胞的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)PM2.5暴露后，細(xì)胞內(nèi)ROS增多，細(xì)胞凋亡增加，BTB相關(guān)蛋白的表達(dá)明顯減少，纖維形肌動(dòng)蛋白完全無(wú)序，表明BTB受到了損傷；PM2.5還會(huì)引起Sertoli細(xì)胞的細(xì)胞凋亡和血睪丸屏障的損傷，導(dǎo)致男性精子發(fā)生功能障礙。Liu等[76]研究發(fā)現(xiàn)PM2.5可通過(guò)TGF-β3-p38 MAPK通路抑制BTB相關(guān)蛋白的表達(dá)，PM2.5會(huì)通過(guò)影響睪丸激素對(duì)BTB造成損害，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)血清總睪酮和促黃體生成素濃度降低，并且其靶基因的mRNA表達(dá)也出現(xiàn)下降，性激素的生成與接受都受到阻礙使BTB出現(xiàn)損傷，并直接導(dǎo)致精子生成受損。

3.7 PM2.5對(duì)內(nèi)分泌的干擾

PM2.5成分復(fù)雜，包含PAHs等內(nèi)分泌干擾物[77]，其中睪丸是其重要靶點(diǎn)。睪酮在細(xì)胞黏附中起著重要的作用，使精細(xì)胞能夠在生精上皮細(xì)胞上附著，睪酮水平的降低導(dǎo)致了精原細(xì)胞在生精上皮細(xì)胞上的分離[78]。LH是由垂體前葉分泌的糖蛋白激素，直接作用于睪丸，刺激體細(xì)胞功能，支持精子形成。低LH濃度會(huì)導(dǎo)致精子生成受損[79]。在正常生理?xiàng)l件下，睪丸間質(zhì)部分在垂體分泌的LH的影響下產(chǎn)生睪丸激素[80]。當(dāng)睪酮降低時(shí)，血清LH水平被睪酮水平負(fù)調(diào)控。Qiu等[33]在研究中發(fā)現(xiàn)暴露于環(huán)境濃度的PM2.5顯著降低了循環(huán)睪酮和促黃體生成素靶基因P450scc、17bHSD和StAR的mRNA表達(dá)，表明PM2.5會(huì)通過(guò)內(nèi)分泌干擾對(duì)生物造成生殖毒性。

PM2.5通過(guò)氧化損傷直接導(dǎo)致卵巢顆粒細(xì)胞的損害并抑制性激素的分泌[25]。長(zhǎng)期暴露于PM2.5可顯著降低雌二醇(E2)、孕酮(PROG)、絨毛膜促性腺激素(CG)、黃體生成素(LH)和促卵泡生成素(FSH)等激素水平[36]。Qiu等[33]的研究證明了PM2.5會(huì)對(duì)機(jī)體HPG軸產(chǎn)生影響，暴露在PM2.5中的雄鼠腦垂體激素FSH(HPG軸的一個(gè)關(guān)鍵組成部分)的循環(huán)和睪丸水平明顯降低，還伴隨著促炎細(xì)胞因子TNFα和抗炎因子IL-1b在下丘腦中表達(dá)的增加，表明PM2.5暴露可通過(guò)局部炎癥抑制下丘腦功能，降低了GnRH的下丘腦表達(dá)，從而抑制HPG軸。因此PM2.5被認(rèn)為是一種內(nèi)分泌干擾物。

4 總結(jié)與展望(Summary and forecast)

在世界范圍內(nèi)，PM2.5污染仍然是威脅人類(lèi)健康的重要問(wèn)題。除了能引起嚴(yán)重的呼吸系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)等相關(guān)的疾病以外，國(guó)內(nèi)外人群流行病學(xué)調(diào)查及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究表明，PM2.5長(zhǎng)期暴露對(duì)生殖系統(tǒng)及后代發(fā)育造成不利影響，PM2.5具有一定的生殖毒性，但目前關(guān)于PM2.5導(dǎo)致生殖毒性的作用機(jī)制研究仍不夠全面和深入，目前對(duì)于生殖的機(jī)制探究主要停留在氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、DNA損傷和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等方面，其中，氧化應(yīng)激被認(rèn)為是PM2.5對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生一系列不良影響的核心機(jī)制，但對(duì)PM2.5生殖毒性的復(fù)雜信號(hào)通路的研究中仍存在較多空白。

對(duì)于研究對(duì)象的選擇，除了小鼠、大鼠這些傳統(tǒng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)外，秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)、斑馬魚(yú)等結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的模式生物以及體外培養(yǎng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)也越來(lái)越多地用于探究PM2.5的毒性效應(yīng)及機(jī)制，在今后的研究中，可以嘗試開(kāi)展多種生物體相結(jié)合的方式來(lái)研究PM2.5的生殖毒性。

此外，目前PM2.5的來(lái)源、組分及致病機(jī)制復(fù)雜多樣，PM2.5的毒性作用主要取決于其化學(xué)成分，但是具體哪種成分發(fā)揮毒性效應(yīng)是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，目前毒性研究多針對(duì)顆粒物的混合組分，因此在今后的研究中，對(duì)于單一組分的PM2.5生殖毒性的致病機(jī)理、損傷機(jī)制和復(fù)雜信號(hào)通路有待進(jìn)一步探討，了解PM2.5的哪些化學(xué)成分對(duì)生殖毒性影響最大，制定統(tǒng)一的劑量響應(yīng)指標(biāo)及相關(guān)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和體系，有助于為PM2.5的日常防護(hù)、政策制定和污染控制方面提供科學(xué)依據(jù)，最終減少PM2.5對(duì)公共健康產(chǎn)生的不良影響。