彭娟娟，張星亮，2，張玲莉，劉菊滿，陳銀慧，譚建新

(1廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，廣東湛江524000，2深圳市兒童醫(yī)院)

隨著我國工業(yè)化快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大氣污染日益嚴(yán)重。大氣中存在的各種固態(tài)和液態(tài)顆粒狀物質(zhì)總稱為大氣顆粒物(PM)，是影響城市環(huán)境的主要大氣污染物之一。PM進(jìn)入人體后，會對機(jī)體造成什么樣的損傷，主要取決于PM的粒徑、理化性質(zhì)、化學(xué)組成、機(jī)體的營養(yǎng)以及免疫狀態(tài)等多種因素。PM的空氣動力學(xué)等效直徑(粒徑)為0.005～100 μm，粒徑越小，它所能進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的部位越深，越易造成嚴(yán)重危害。PM2.5是一類粒徑≤2.5 μm的大氣細(xì)顆粒物，主要來源于汽車尾氣、工業(yè)廢氣、香煙煙霧、生物燃料等人為活動產(chǎn)物，其組成十分復(fù)雜，表面富集大量無機(jī)和有機(jī)成分，可攜帶大量有毒有害物質(zhì)[1]。與粗顆粒物相比，細(xì)顆粒物更容易富集較多有毒和有害物質(zhì)，故對機(jī)體健康的危害程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出粗顆粒物[2]。

PM2.5粒徑較小，在大氣中的存留時間比較長，其吸附的細(xì)菌、真菌、病毒和芽孢等有毒有害物質(zhì)可進(jìn)入呼吸道深部，并沉積于各級支氣管和肺泡表面，直接破壞呼吸道和肺泡上皮細(xì)胞，從而影響肺功能[3]。盡管淋巴系統(tǒng)可以去除部分沉積在肺組織及肺泡上皮細(xì)胞的PM2.5，但仍有一些PM2.5可以直接作用于肺部毛細(xì)血管，影響血管及血管內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生；甚至通過血液循環(huán)到達(dá)全身各個系統(tǒng)，導(dǎo)致肺外器官特別是心血管系統(tǒng)的損傷[4]。有研究顯示，暴露于PM與肺和心血管疾病發(fā)病率的增加、不良分娩等均有關(guān)[5]。目前研究較多的是PM2.5對肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞表達(dá)分泌的肺表面活性物質(zhì)相關(guān)蛋白(SP)的影響[6]?，F(xiàn)將SP的基本特性與功能以及PM2.5對SP影響的相關(guān)研究進(jìn)展綜述如下。

1 SP的基本特性與功能

肺表面活性物質(zhì)(PS)是由肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞合成分泌的脂蛋白復(fù)合物，分布于肺泡氣-液界面。SP可分為親水性蛋白(包括SPA、SPD)與疏水性蛋白(包括SPB、SPC)。

1.1 親水性蛋白SPA和SPD SPA與SPD均為凝集素超家族成員，二者單體結(jié)構(gòu)相似，均包含鈣離子依賴的C型糖基識別區(qū)(CRD)和重復(fù)表達(dá)Gly-X-Y的膠原樣區(qū)。SPA和SPD已被證明是對抗呼吸道病原體和過敏原的重要宿主防御組分[7]。敲除SPA和SPD基因表達(dá)的小鼠均表現(xiàn)出對抗細(xì)菌和病毒能力下降以及炎癥加劇[8]。SPA和SPD的表達(dá)和功能異常與肺炎、哮喘、急性呼吸窘迫綜合征、慢性阻塞性肺疾病、肺癌等多種肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[9]。SPA是SP中表達(dá)量最豐富的蛋白組分，具有維持肺泡內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和調(diào)節(jié)免疫功能等作用，如參與病原體和凋亡細(xì)胞的凝集和吞噬，免疫調(diào)理，遷移、募集和活化吞噬細(xì)胞，調(diào)節(jié)表面活性劑的代謝等。SPA各結(jié)構(gòu)域?qū)τ谄涔δ艿陌l(fā)揮作用不同。如頂部結(jié)構(gòu)域CRD能結(jié)合并凝集病原體，而尾部膠原樣結(jié)構(gòu)域則參與吞噬細(xì)胞的募集和隨后凝集的病原體的吞噬作用[7]。SPD亦具有調(diào)理素作用，可以調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，抵抗細(xì)菌、真菌和病毒，同時在表面活性物質(zhì)轉(zhuǎn)換與穩(wěn)態(tài)維持方面發(fā)揮重要作用。

1.2 疏水性蛋白SPB和SPC SPB和SPC的主要作用是降低肺泡氣-液界面處的表面張力、提高肺的順應(yīng)性。SPB為肺發(fā)育、肺泡成熟及新生兒出生后的呼吸適應(yīng)所必需的蛋白質(zhì)。SPB在小鼠和人體中的完全缺乏可導(dǎo)致呼吸窘迫綜合征，其病理特征為肺順應(yīng)性缺失、層狀體高度紊亂、SPC成熟肽水平顯著降低[10]。SPB和SPA可以通過協(xié)同作用促進(jìn)PS板層體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為管髓體結(jié)構(gòu)，是管髓體形成的必需成分。在管髓體中SPB有優(yōu)先定位作用，使PS發(fā)揮降低表面張力的效應(yīng)。SPC可以促進(jìn)磷脂吸附和分布到肺泡氣-液界面，促進(jìn)磷脂單分子層的形成，促使表面活性分子進(jìn)入氣-液界面，提高表面活性物質(zhì)磷脂的表面活性，保持交界面磷脂膜的動態(tài)平衡。SPC前體經(jīng)過翻譯后剪切修飾變成含79個氨基酸的成熟體，可調(diào)節(jié)胞吐作用和表面活性劑脂質(zhì)同SPB一起分泌到肺泡中。疏水性SPB和SPC在基因和蛋白質(zhì)水平表達(dá)異?？梢砸鸱闻K功能異常，引發(fā)相關(guān)疾病。

2 PM2.5對SP的影響

PM2.5能深入并沉積于肺泡，直接與肺泡上皮細(xì)胞發(fā)生相互作用[11]。PM2.5吸入肺部首先接觸的是肺泡上的PS[12]，進(jìn)而對位于肺泡氣-液界面的SP產(chǎn)生影響。

2.1 PM2.5對親水性SPA和SPD的影響 PM2.5能與人肺泡灌洗液中的二棕櫚酰磷脂酰膽堿和多種氨基酸牢固結(jié)合，其中氨基酸的來源蛋白包括SPA和SPD[13]；吸入的PM含有細(xì)菌脂多糖(LPS)，而LPS中脂質(zhì)A能特異性結(jié)合SPA[14]；元素碳(EC)在PM2.5中占很大比例，它能與人肺泡灌洗液中的SPD結(jié)合[15]。以上研究均提示PM2.5能結(jié)合SPA和SPD，并可能引起它們的表達(dá)水平和功能的異常。

柴油機(jī)尾氣顆粒物(DEP)是PM2.5的主要來源之一。研究顯示，小鼠暴露于0.5 mg/m3DEP(4 h/d，連續(xù)5 d)后，SPA蛋白及mRNA表達(dá)均明顯下降，SPD蛋白及mRNA表達(dá)呈輕微下降，但沒有統(tǒng)計學(xué)差異；而暴露于2 mg/m3DEP后，SPA和SPD蛋白及mRNA表達(dá)均沒有明顯改變[16]。Ciencewicki等[17]報道，與暴露于空氣的小鼠相比，暴露于0.5 mg/m3DEP的小鼠肺組織SPA和SPD蛋白及mRNA表達(dá)均明顯降低，甲型流感的易感性增強(qiáng)；但暴露于2 mg/m3DEP的小鼠SPA和SPD蛋白表達(dá)變化不明顯，甲型流感的易感性無明顯改變；認(rèn)為小鼠肺組織中SPA和SPD蛋白表達(dá)下降與DEP所導(dǎo)致的流感病毒易感性增強(qiáng)之間存在密切關(guān)系。石步云[6]報道，給予小鼠10 μg PM2.5氣管滴注24 h后，小鼠肺組織SPA蛋白表達(dá)上升；而50 μg和100 μg PM2.5處理后，SPA蛋白表達(dá)明顯下調(diào)；電鏡結(jié)果顯示，高濃度PM2.5可以通過氧化應(yīng)激損傷小鼠肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞，破壞板層小體形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致肺組織SPA表達(dá)下調(diào)。Aztatzi-Aguilar等[18]報道，與過濾空氣組相比，大鼠急性暴露于PM2.5(5 h/d，連續(xù)3 d)后，肺SPA表達(dá)呈微弱下降趨勢，亞慢性暴露于PM2.5(5 h/d，4 d/周，連續(xù)8周)后，SPA表達(dá)顯著下降。

不少細(xì)胞實驗也證實了PM2.5可影響SPA和SPD的表達(dá)。A549細(xì)胞株源于人肺腺癌，但擁有肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞的特征，長期以來被認(rèn)為是適合的上皮肺泡模型，廣泛應(yīng)用于肺上皮細(xì)胞與PM之間相互關(guān)系的研究[11]。Vattanasit等[19]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，25 μg/mL DEP處理A549后，SPA mRNA表達(dá)升高，但50、75、100 μg/mL DEP處理后，SPA mRNA表達(dá)呈逐漸下降的趨勢，但沒有統(tǒng)計學(xué)意義；在類淋巴母細(xì)胞株RPMI1788上進(jìn)行同樣的實驗，得到類似的結(jié)果。以上研究提示，PM2.5對SP的影響與PM2.5的濃度和暴露時間有關(guān)。

PM2.5除了能影響SPA和SPD表達(dá)水平，還能影響它們的生物功能。SPA和SPD結(jié)合納米顆粒物(<100 nm)能調(diào)控細(xì)胞對這些顆粒物的吸收，并且顆粒物能調(diào)節(jié)SPA和SPD對抗病毒的能力[20]。

由此可見，PM2.5對SP的影響是復(fù)雜的，這可能與PM2.5的成分多樣且不同來源地PM2.5各成分比例存在差異有關(guān)，因此研究PM2.5不良反應(yīng)的同時需明確當(dāng)?shù)豍M2.5的具體特征。

2.2 PM2.5對疏水性SPB和SPC影響 雖然疏水性SPB和SPC在SP中比重遠(yuǎn)低于SPA和SPD，但在將脂類插入到肺泡表面單層脂膜和提高肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞吸收囊泡方面發(fā)揮重要作用[21]。SPB和SPC表達(dá)異?？蓪Ψ喂δ墚a(chǎn)生嚴(yán)重影響。目前關(guān)于PM對SPB和SPC影響的研究非常少。Bai等[22]發(fā)現(xiàn)，PM1(粒徑<1 μm)可導(dǎo)致小鼠肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞MLE-12氧化損傷和自噬，通過蛋白免疫印跡法可觀察到PM1處理后SPB和SPC蛋白表達(dá)明顯降低，加入抗氧化劑或者金屬螯合劑后再用PM1處理細(xì)胞，活性氧ROS、自噬水平、SPB和SPC蛋白表達(dá)水平均被明顯抑制。

3 PM2.5影響SP表達(dá)水平的分子機(jī)制

PM2.5或者DEP影響SP表達(dá)的分子機(jī)制尚不明確。Vattanasit等[19]認(rèn)為，DEP導(dǎo)致SPA表達(dá)下降可能存在兩方面的原因：一方面，中高濃度DEP能引起肺損傷從而導(dǎo)致蛋白表達(dá)下降；另一方面，DEP能間接抑制調(diào)控SPA表達(dá)的活化T細(xì)胞核因子(NFAT)，使肺表面活性蛋白轉(zhuǎn)錄水平下調(diào)。PM2.5吸附的多種病原微生物含有脂磷壁酸或者LPS[23]。脂磷壁酸能時間依賴性地增加細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB表達(dá)，通過MEK1/2-ERK1/2-NF-κB途徑誘導(dǎo)人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞中SPA表達(dá)[24]。而LPS能激活細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)錄激活因子AP-1，通過MyD88-MEK4-JNK1-AP-1信號途徑誘導(dǎo)人肺泡Ⅱ型上皮細(xì)胞中SPA基因表達(dá)[25]。這些研究提示，PM2.5或DEP也可能通過激活特定的信號通路影響SPA表達(dá)，然而是否通過同樣信號通路影響SPB、SPC和SPD表達(dá)尚不清楚。

研究顯示，PM2.5對SP表達(dá)的影響可能與炎癥介質(zhì)相關(guān)。Riva等[26]報道，低劑量PM2.5可誘導(dǎo)健康小鼠的肺部炎癥與肺部損傷。Shukla等[27]報道，PM2.5可致人或小鼠肺部炎癥反應(yīng)，從而使肺組織中促炎因子IL-6和TNF-α升高。Doumanov等[28]發(fā)現(xiàn)，將IL-6加入A549細(xì)胞，細(xì)胞中SPA表達(dá)發(fā)生了改變，IL-6濃度與SPA蛋白表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)。以上研究提示，高劑量DEP可能通過增加IL-6表達(dá)抑制SPA表達(dá)。然而Vattanasit等[19]報道，不同濃度DEP處理的RPMI1788和A549細(xì)胞中，IL-6與SPA mRNA表達(dá)無明顯相關(guān)性。因此，PM2.5是否通過影響炎癥因子或細(xì)胞因子進(jìn)而干預(yù)SP的表達(dá)有待更多的研究探討。

此外，A549細(xì)胞暴露于PM2.5導(dǎo)致大量活性氧簇(ROS)產(chǎn)生，造成細(xì)胞嚴(yán)重的氧化損傷和毒性[29]。Libalova等[30]發(fā)現(xiàn)，來源于PM的可萃取有機(jī)物成分可誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生。ROS能引起細(xì)胞和組織內(nèi)許多信號通路網(wǎng)絡(luò)改變，但是目前尚不明確PM2.5誘導(dǎo)的ROS能否直接或間接影響SP表達(dá)及功能。

4 小結(jié)

大氣細(xì)顆粒物通過吸入沉積于肺泡，對肺泡上皮細(xì)胞氣-液界面上肺表面活性物質(zhì)，尤其是SP，產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而造成肺組織損傷，引起呼吸系統(tǒng)等的疾病。只是由于PM本身的復(fù)雜性，導(dǎo)致研究結(jié)果的多樣化，更增加了對大氣細(xì)顆粒物損害機(jī)制的研究難度。目前PM2.5對于SP的毒副作用及內(nèi)在的分子機(jī)制的研究可能是一個突破口，通過對肺泡灌洗液中SP改變的研究，逆向?qū)ふ业胶线m的分子標(biāo)志物用于評估大氣細(xì)顆粒物所致的肺泡乃至呼吸系統(tǒng)的損傷程度，或通過研發(fā)一些保護(hù)和增強(qiáng)SP的藥物或方法來預(yù)防或治療大氣細(xì)顆粒物對肺組織造成的損傷，幫助人們更好地應(yīng)對大氣污染物尤其PM2.5對健康的危害。