空氣污染微顆粒與慢性肝臟疾病發(fā)病關(guān)系的研究進(jìn)展▲

朱紫馨 羅新華

1 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院感染科，貴州省貴陽(yáng)市 550000；2 貴州省人民醫(yī)院感染科，貴州省貴陽(yáng)市 550001

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口逐步向中大城市集中，城市化進(jìn)程不斷加快，由此帶來(lái)的一系列問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重威脅城市居民的健康，其中最為突出的就是空氣污染問(wèn)題。柴油車(chē)和汽油車(chē)使用化石燃料所產(chǎn)生的廢氣顆粒及其不完全燃燒所產(chǎn)生的炭黑(CB)等顆粒物(PM)是構(gòu)成城市大氣污染的主要物質(zhì)，而由細(xì)顆粒物造成的空氣污染對(duì)人體健康的危害甚至比沙塵暴更大[1-2]。粒徑10 μm以上的顆粒物，會(huì)被擋在人體的鼻子前面；粒徑在2.5～10 μm之間的顆粒物則能夠進(jìn)入人體上呼吸道，其中部分可通過(guò)痰液等排出體外，部分被鼻腔內(nèi)部的絨毛阻擋，對(duì)人體健康危害相對(duì)較小；而粒徑在2.5 μm以下的細(xì)顆粒物(PM2.5)即空氣動(dòng)力學(xué)直徑≤2.5 μm 的氣溶膠粒子(直徑相當(dāng)于人類頭發(fā)的1/10)則不易被阻擋，對(duì)人體健康有很大的危害[3]。PM可增加暴露于其中普通人群罹患抑郁癥的風(fēng)險(xiǎn)[4]；PM2.5表面可吸附大量重金屬、多環(huán)芳烴等有害物質(zhì)，可隨呼吸進(jìn)入人體肺組織深部，其所攜帶的水溶性組分或非水溶性納米粒子經(jīng)由肺部毛細(xì)血管通過(guò)血液循環(huán)到達(dá)其他肺外器官[5]。流行病學(xué)研究結(jié)果顯示，環(huán)境中的PM2.5每增加10 μg/m3，暴露人群的心血管疾病死亡事件增加11%[6]。肝臟作為代謝人體重要外源性化學(xué)物質(zhì)的解毒器官，對(duì)空氣污染同樣敏感，空氣污染可導(dǎo)致慢性肝病的發(fā)生發(fā)展。本文就空氣污染微顆粒對(duì)肝臟損害的可能機(jī)制及其與不同類型肝病關(guān)系的研究概況綜述如下。

1 空氣污染導(dǎo)致肝臟損傷的可能機(jī)制

1.1 全身廣泛的毒性效應(yīng) PM中的水溶性組分如重金屬等可轉(zhuǎn)移到肺外體循環(huán)中。馬葉冰等[7]運(yùn)用碳粉顆粒霧化處理C57小鼠6周后，對(duì)小鼠全身多組織器官行HE及馬松染色進(jìn)行觀察，除發(fā)現(xiàn)小鼠肺部膠原纖維增生沉積外，在小鼠胰臟、肝臟、心臟、小腸等器官均發(fā)現(xiàn)有碳粉顆粒沉積，且大都分布于巨噬細(xì)胞中。Zhang等[8]報(bào)道，長(zhǎng)期PM暴露大鼠的線粒體超微結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生改變，大鼠的空間學(xué)習(xí)及記憶能力也同時(shí)受損。由此可見(jiàn)，空氣污染并不只是對(duì)機(jī)體的肺部及皮膚產(chǎn)生損害，同時(shí)對(duì)全身多臟器造成毒性損傷。

1.2 氧化應(yīng)激效應(yīng)加劇 研究表明，空氣污染會(huì)增強(qiáng)機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，暴露于高濃度PM的大鼠其腦血管的氧化應(yīng)激損傷指標(biāo)活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)、氮氧化物(NOX)、亞基gp91蛋白水平升高，而超氧化物歧化酶(SOD)活性降低，氧化損傷效應(yīng)加劇。PM不斷產(chǎn)生的氧自由基會(huì)造成內(nèi)皮功能障礙，誘導(dǎo)單核細(xì)胞活化并通過(guò)體循環(huán)沉積在非特定器官的血細(xì)胞或血管內(nèi)皮細(xì)胞表面，這種作用可導(dǎo)致肝臟組織微循環(huán)的凝血酶原、肝細(xì)胞色素P450分解代謝反應(yīng)增強(qiáng)，產(chǎn)生更多的ROS進(jìn)一步擴(kuò)大氧化應(yīng)激效應(yīng)，造成肝組織受損[9-12]。

1.3 免疫反應(yīng)增強(qiáng)，炎癥因子聚集 研究[13-14]發(fā)現(xiàn)，吸入的PM與機(jī)體免疫細(xì)胞(如肺泡或細(xì)支氣管巨噬細(xì)胞)接觸，刺激機(jī)體固有免疫反應(yīng)，將促炎細(xì)胞因子釋放到血流中，這種炎癥環(huán)境可能會(huì)導(dǎo)致肝臟等器官的疾病進(jìn)展；納米顆粒可以與肝臟Kupffer細(xì)胞相互作用，誘導(dǎo)IL-6、IL-1β等促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[15]。空氣污染造成的具體炎癥環(huán)境進(jìn)一步啟動(dòng)慢性肝病的發(fā)生發(fā)展。

1.4 DNA損傷及遺傳毒性 Franco等[16]運(yùn)用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜(HPLCESI-MS/MS)法分析發(fā)現(xiàn)，PM高濃度暴露下小鼠的DNA氧化損傷產(chǎn)物8oxodGuo等在肝臟中的含量升高，認(rèn)為PM會(huì)增加小鼠DNA的突變率，影響基因表達(dá)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的活性降低。一些研究結(jié)果[17-19]顯示，產(chǎn)前PM暴露小鼠與其胎兒生長(zhǎng)受限、低出生體重、早產(chǎn)均存在相關(guān)性；孕婦暴露在污染空氣中會(huì)引起氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，對(duì)妊娠產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致胎盤(pán)血管生成受損。Tsamou等[20-21]采用qRT-PCR分析210例母嬰胎盤(pán)組織中miRNA的表達(dá)情況發(fā)現(xiàn)，miR-21-5p、miR-146a-5p和miR-222-3p的表達(dá)水平與孕婦孕中期PM暴露水平呈負(fù)相關(guān)，而miR-20a-5p和miR-21-5p的表達(dá)水平與孕早期PM暴露水平呈正相關(guān)。鄭昕蕊等[22]所進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，妊娠期空氣污染暴露可導(dǎo)致新生子代鼠心、肝、脾、肺、腎等主要臟器出現(xiàn)組織形態(tài)異常。李政一等[23]報(bào)道，妊娠期PM暴露小鼠所生子代數(shù)量減少，體重降低并出現(xiàn)無(wú)腦等畸形；小鼠成年后其肝臟組織中TGF-β1、α-SMA、CollagenⅢ蛋白表達(dá)水平升高，纖維化傾向明顯。

2 環(huán)境PM2.5的肝毒性作用

一項(xiàng)包含351 852名成人參與的橫斷面研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期接觸PM2.5會(huì)導(dǎo)致肝酶水平增高，與谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)相比，谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶(GGT)與PM2.5的關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)；另有研究結(jié)果顯示，經(jīng)常暴露于城市空氣污染的警察的AST和ALT水平明顯高于辦公室工作人員。但值得關(guān)注的是，在PM2.5達(dá)到高濃度(約30 μg/m3)后PM2.5對(duì)AST水平的影響逐漸降低，但AST水平仍高于低PM2.5濃度時(shí)的水平(<18至20 μg/m3)，可能是因PM2.5達(dá)到一定水平時(shí)人體的反應(yīng)已經(jīng)飽和，之后由于超載而開(kāi)始下降，而AST的升高與PM2.5濃度升高的關(guān)系并非呈現(xiàn)為單純的濃度-反應(yīng)曲線，肝臟可能可通過(guò)調(diào)控某種關(guān)鍵靶點(diǎn)而發(fā)揮保肝作用[24]。Hsieh等[25]報(bào)道，一項(xiàng)有74名美國(guó)兒童參與的研究結(jié)果顯示，交通相關(guān)的空氣污染與兒童的AST或ALT水平變化無(wú)關(guān)，但與兒童肝細(xì)胞凋亡標(biāo)志物細(xì)胞角蛋白18水平的升高相關(guān)，認(rèn)為PM暴露人群的基因、飲食、出行方式等多種因素都會(huì)對(duì)其肝損傷結(jié)局產(chǎn)生影響。Maglione等[26]報(bào)道，將BALB/c小鼠長(zhǎng)期放置于布宜諾斯艾利城市空氣[PM2.5平均值(33.63±3.05)μg/m3]中，其肝臟和心臟均會(huì)出現(xiàn)病理學(xué)結(jié)構(gòu)改變，氧化代謝指標(biāo)硫代巴比妥酸反應(yīng)物(TBARS)、氨基轉(zhuǎn)氨酶(AST，ALT)在小鼠血清中的含量升高。最開(kāi)始小鼠肝勻漿中SOD、過(guò)氧化氫酶(CAT)被激活，內(nèi)源性抗氧化物活性增強(qiáng)，以此抵抗PM的肝損傷，但隨著暴露時(shí)間的增加小鼠肝細(xì)胞脂質(zhì)蓄積增加，肝臟脂質(zhì)過(guò)氧化物水平增加，氧化調(diào)控失衡。付亞晨等[27]運(yùn)用氣管注入法制作PM2.5大鼠染毒模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，染毒大鼠血清 ALT及AST水平升高，肝臟SOD及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)活力降低，MDA含量升高；病理切片顯示染毒大鼠肝細(xì)胞排列紊亂，間質(zhì)重度充血，細(xì)胞固縮，雙核細(xì)胞增加，可見(jiàn)大量散在炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。秦雙建等[28]報(bào)道，對(duì)暴露于不同季節(jié)同一環(huán)境中的大鼠進(jìn)行檢測(cè)研究發(fā)現(xiàn)，冬季PM2.5致大鼠肝損傷較夏季嚴(yán)重，認(rèn)為可能與工業(yè)城市中冬季空氣中的重金屬、多環(huán)芳烴等有害化學(xué)物質(zhì)濃度高于夏季有關(guān)；采空氣樣品過(guò)濾冷凍干燥后制成PM2.5樣品混懸液對(duì)LO2肝細(xì)胞進(jìn)行染毒處理觀察發(fā)現(xiàn)，PM2.5濃度升高，使得c-myc、c-fos、Caspase-3、Caspase-8表達(dá)水平顯著升高，而抑癌基因P53、抑制凋亡指標(biāo)p53、Bcl-2表達(dá)水平下降，認(rèn)為PM2.5對(duì)L02肝細(xì)胞的促凋亡相關(guān)基因和促癌基因具有一定的促進(jìn)與激活作用[28]。

3 PM2.5與脂肪肝的關(guān)系

研究結(jié)果[29]顯示，大鼠暴露于PM2.5中可誘導(dǎo)其肝臟出現(xiàn)綜合性脂質(zhì)積聚、氧化應(yīng)激、胰島素抵抗和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肝臟出現(xiàn)非酒精性脂肪性肝炎(NASH)樣表型。盡管非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，但脂肪變性被認(rèn)為在NAFLD的進(jìn)展中起著首要作用，但作為代謝紊亂的一種，肝臟脂質(zhì)積聚與胰島素抵抗(IR)密切相關(guān)，胰島素受體底物-1(IRS-1)負(fù)責(zé)胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，而其磷酸化會(huì)導(dǎo)致胰島素途徑激活[30-32]。Zheng等[33]報(bào)道，暴露于PM2.5下10周的大鼠與正常對(duì)照組大鼠比較，肝臟病理表現(xiàn)有顯著性差異，PM2.5會(huì)在絲氨酸636和1101位點(diǎn)增強(qiáng)IRS-1的磷酸化，導(dǎo)致IRS-1介導(dǎo)的胰島素信號(hào)通路受損，引起肝臟糖原合成減少，其機(jī)制可能為顆粒煙霧可通過(guò)c-Jun氨基末端激酶(JNK)活化蛋白1(AP-1)進(jìn)一步活化核因子κB(NF-κB)，調(diào)控Toll樣受體4介導(dǎo)的炎癥途徑，增加IL-1β等表達(dá)水平，而平衡肝臟脂質(zhì)代謝的IRS-1/AKT信號(hào)通路則受到抑制，AKT磷酸化水平降低。研究[34-35]發(fā)現(xiàn)，真實(shí)環(huán)境中的顆粒物質(zhì)PM2.5脂溶性提取物可上調(diào)HepG2細(xì)胞miR-26a的表達(dá)，負(fù)性調(diào)節(jié)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶(FAT/CD36)，導(dǎo)致脂滴蓄積，因此可認(rèn)為長(zhǎng)期空氣污染顆粒物暴露會(huì)對(duì)機(jī)體基因?qū)用娈a(chǎn)生影響。此外，PM環(huán)境可誘導(dǎo)C57BL/6小鼠出現(xiàn)胰島素抵抗、肝臟巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)、磷酸烯醇丙酮酸羧激酶(PEPCK)水平上調(diào)，血糖對(duì)胰島素的敏感性降低、糖異生增加，內(nèi)源性葡萄糖釋放入血，糖尿病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加。在環(huán)境PM暴露6個(gè)月后，留取小鼠肝臟進(jìn)行質(zhì)譜非靶向代謝組學(xué)(IC-FTMS)檢測(cè)可觀察到，肝臟中三酰甘油、甘油磷脂和鞘脂過(guò)量積聚，13C6-葡萄糖-6-磷酸、總G6P和果糖-6-磷酸(F6P)水平降低；采用同位素示蹤法進(jìn)行研究的結(jié)果顯示，暴露于PM2.5的小鼠肝臟中的來(lái)自葡萄糖和非葡萄糖前體(如糖原)的肝糖酵解活性降低，棕櫚酸、棕櫚酸酯大量累積，三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)換能力受損[36]。

4 PM2.5與肝纖維化的聯(lián)系

與有毒物質(zhì)接觸、慢性感染、機(jī)械性損傷、空氣污染均為肝纖維化發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[37]。Li等[37]報(bào)道，暴露于PM2.5中小鼠的肝組織膠原表達(dá)水平增加，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β-SMAD3信號(hào)通路激活，過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ的表達(dá)受到抑制，肝星狀細(xì)胞活化。Qiu等[38]報(bào)道，空氣中細(xì)顆粒物可活化LX-2細(xì)胞和原代肝星狀細(xì)胞(HSC)，高濃度細(xì)顆粒物暴露可導(dǎo)致ROS和活性氮(RNS)以及脂質(zhì)過(guò)氧化標(biāo)志物MDA水平顯著上調(diào)，長(zhǎng)期(60 d)高劑量(1.5或2.7 mg/kg)PM2.5暴露可導(dǎo)致大鼠肝臟的 MMP13 mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)增加。MMP13表達(dá)的升高可促進(jìn)膠原蛋白的水解，長(zhǎng)期暴露于空氣污染環(huán)境中的機(jī)體或能啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制減緩空氣污染暴露引起的肝纖維化進(jìn)程[39]。

5 PM2.5與肝癌的關(guān)系

Deng等[40]通過(guò)追蹤2000年至2009年在美國(guó)加州被確診為肝細(xì)胞癌(HCC)的2121例患者，使用Cox比例風(fēng)險(xiǎn)模型分析死亡相關(guān)因素發(fā)現(xiàn)，暴露于較高濃度PM下的患者其生存期明顯縮短。我國(guó)臺(tái)灣通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間(16年)對(duì)10萬(wàn)常住居民進(jìn)行隨訪發(fā)現(xiàn)，PM2.5的增加(每IQR增量，13.1 μg/m3)與居民的HCC發(fā)病率呈正相關(guān)[41]。Oliveira等[42]報(bào)道，暴露于高濃度PM環(huán)境(每日1個(gè)小時(shí)，連續(xù)3個(gè)月)的小鼠，其肝臟DNA表觀遺傳學(xué)標(biāo)志物5-羥甲基(5-HMC)的水平降低。5-HMC為去甲基化的中間產(chǎn)物，參與DNA去甲基化的過(guò)程,其表達(dá)水平下降提示機(jī)體DNA甲基化水平穩(wěn)態(tài)被打破，TET家族基因發(fā)生突變；5-HMC水平降低則肝癌細(xì)胞高水平增殖，腫瘤進(jìn)程加快。Ye等[43]運(yùn)用PM2.5脂溶性提取物干預(yù)HepG2細(xì)胞發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的活力降低，通過(guò)代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，提取物可降低細(xì)胞中檸檬酸/異檸檬酸和烏頭酸含量，導(dǎo)致2-羥基戊二酸和琥珀酸積累；同時(shí)氧化磷酸化的能量供應(yīng)減少，甲基化和氧化還原穩(wěn)態(tài)紊亂，導(dǎo)致腫瘤代謝物(2-羥基戊二酸和琥珀酸)積累，線粒體功能紊亂。Zhang等[44]報(bào)道，在肝癌細(xì)胞中，RAC-α-絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(AKT)的磷酸化與PM2.5濃度呈正相關(guān)。AKT拮抗劑LY294002能降低PM2.5誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞遷移、侵襲，而AKT會(huì)導(dǎo)致MMP-13表達(dá)水平升高，MMP-13具有降解膠原，減少細(xì)胞外基質(zhì)的功能，肝癌組織中的MMP-13表達(dá)水平升高可增強(qiáng)癌細(xì)胞侵襲功能，空氣污染對(duì)肝臟的影響與機(jī)體本身的基礎(chǔ)疾病密切相關(guān)。

6 小 結(jié)

越來(lái)越多的研究結(jié)果顯示，空氣污染物與人體肝臟疾病的發(fā)病率增加有關(guān)，細(xì)微顆粒可通過(guò)肺部微血管進(jìn)入肝臟，導(dǎo)致肝細(xì)胞氧化應(yīng)激加劇和DNA鏈斷裂。此外，細(xì)顆粒物通過(guò)改變脂質(zhì)代謝和誘導(dǎo)促炎環(huán)境參與脂肪性發(fā)病進(jìn)程，增強(qiáng)肝癌細(xì)胞的侵襲能力。但真實(shí)環(huán)境中空氣污染細(xì)顆粒物的成分復(fù)雜，其單個(gè)組分對(duì)肝臟疾病進(jìn)程、肝臟不同類型細(xì)胞的影響尚不明確，對(duì)不同基因譜系暴露人群的影響也存在差異。對(duì)空氣污染這一全球性問(wèn)題找到合理而有效的預(yù)防及治療策略還有待進(jìn)一步深入研究。