柴油車尾氣顆粒物的研究進(jìn)展

張彥璐，俞敬愛，應(yīng)國(guó)清

（浙江工業(yè)大學(xué)， 浙江 杭州 310014）

1 柴油車尾氣顆粒物概述

柴油車尾氣顆粒物（Diesel Exhaust Particles，DEP）是由柴油燃燒產(chǎn)生的，表面附著數(shù)百種化學(xué)物質(zhì)和過渡金屬并且核心為碳元素，還可以根據(jù)其聚集體的大小分為細(xì)顆粒 （粒徑為2.5～1μm）和超細(xì)顆粒 （粒徑＜0.1μm）[1]。它是大氣顆粒物（particulate matter，PM）的細(xì)顆粒物（PM2.5）和超細(xì)顆粒物（PM0.1）的主要成分，普遍存在于環(huán)境空氣中[2]。研究證明，DEP的碳核表面吸附的多環(huán)芳烴（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAH） 和醌等有機(jī)化合物及它們?cè)诜磻?yīng)中的代謝物中可以通過氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生活性氧，并對(duì)機(jī)體造成氧化損傷[3]。此外，DEP可以通過降低宿主防御感染能力，調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)以及增加血小板活化加速動(dòng)脈血栓形成[4]，與人類的心血管以及呼吸道等疾病密切相關(guān)[5-6]。

2 DEP介導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)

ERK1-2激活轉(zhuǎn)錄因子Nrf2是細(xì)胞對(duì)氧化應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。雖然DEP可以引發(fā)Nrf2轉(zhuǎn)位至細(xì)胞核，激活抗氧化酶HO-1的轉(zhuǎn)錄，增加細(xì)胞抗氧化能力。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，DEP可以誘導(dǎo)ERK1-2磷酸化，從而降低Nrf2的表達(dá)，進(jìn)而使細(xì)胞抗氧化酶水平降低，導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷[7]。

實(shí)驗(yàn)表明：DEP可以誘導(dǎo)細(xì)胞中的活性氧物質(zhì)（Reactive Oxygen Species，ROS）（例如超氧化物陰離子和H2O2）的生成[8]，而且隨著時(shí)間的增加，細(xì)胞的氧化應(yīng)激性也隨之增強(qiáng)，細(xì)胞中先后出現(xiàn)脂質(zhì)過氧化作用增加和蛋白質(zhì)氧化作用增加[9]。這可能與脂質(zhì)代謝失調(diào)和巨噬細(xì)胞泡沫細(xì)胞形成有關(guān)[10]。此外，DEP還可能導(dǎo)致促炎性因子TNF-α，IL-6，IL-8，IL-1β， 促炎性趨化因子 CXCL8，以及CXCL8蛋白的釋放[11]，促進(jìn)和加劇ROS在缺血后損傷中的作用[12-13]。研究還發(fā)現(xiàn)DEP誘導(dǎo)的TNF-α在肺部炎癥中起到調(diào)節(jié)作用，并且TNFR2是介導(dǎo)這些炎癥反應(yīng)最重要的受體[14]。

3 DEP對(duì)氣道疾病的影響

先前的實(shí)驗(yàn)研究表明，DEP可能導(dǎo)致肺纖維化，水腫性改變，慢性肺泡炎，氣道高反應(yīng)和支氣管炎等[15]。它可以直接進(jìn)入氣道，調(diào)節(jié)先天免疫和適應(yīng)性免疫，在肺部引發(fā)炎癥，造成肺功能受損，并且它還可能與過敏性氣道炎癥有關(guān)[1，16-17]。研究發(fā)現(xiàn)DEP可以顯著調(diào)節(jié)特異性miRNA和支氣管免疫反應(yīng)相關(guān)基因的表達(dá)[18-19]。研究人員通過研究DEP與過敏及非過敏兒童的哮喘患病率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)DEP通過招募Th2/Th17細(xì)胞積聚在肺中，加強(qiáng)次級(jí)過敏原反應(yīng)從而促進(jìn)過敏性哮喘的發(fā)展[17，20]。

DEP可以激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑并誘導(dǎo)代謝變化。研究證明，DEP能夠激活酸性粘液產(chǎn)生，增強(qiáng)空泡化并且增加c-Jun N端激酶（JNK）的磷酸化，從而導(dǎo)致氣道疾病[21]。

DEP的超細(xì)顆粒（粒徑＜0.1μm）能夠深入肺部并沉積在肺泡中，從而減弱肺泡巨噬細(xì)胞的吞噬作用，從而影響肺的免疫和免疫應(yīng)答[22]。研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期接觸DEP，會(huì)增加小鼠氣道高反應(yīng)性，加劇炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致肺纖維化以及肺部杯狀細(xì)胞增生[23]。

IL-17A涉及哮喘發(fā)病機(jī)制的許多方面，包括誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞炎癥，氣道高反應(yīng)性和氣道重塑等。研究顯示，DEP不僅可以使Th17細(xì)胞增殖并提高IL-17A含量，而且還可以通過ROS/NF-κB途徑刺激氣道上皮中的IL-17A表達(dá)，從而加劇DEP介導(dǎo)的哮喘的惡化[24]。

4 DEP與燃料添加劑的協(xié)同反應(yīng)

鈰化合物作為燃料傳遞催化劑以降低DEP的產(chǎn)生，但是它會(huì)作為氧化鈰納米顆粒（CeO2）與DEP一起排放，兩者協(xié)同反應(yīng)會(huì)加劇炎癥反應(yīng)[25]。生物柴油中添加的脂肪酸甲酯和加氫植物油與DEP協(xié)同作用可以高效地誘導(dǎo)IL-6和CXCL8的表達(dá)，增加DEP的促炎能力[26]。

DEP中PAHs和極性芳香族化合物都可以促進(jìn)AhR活化和細(xì)胞毒性/遺傳毒性效應(yīng)，并且引發(fā)DNA甲基化，造成DNA損傷，從而誘導(dǎo)Chk1或Chk2磷酸化，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡[27-28]。

5 DEP的潛在靶標(biāo)及保護(hù)劑

DEP可以誘導(dǎo)支氣管上皮細(xì)胞中的神經(jīng)酰胺的表達(dá)，所以它可能是DEP誘導(dǎo)的肺部的敏感生物標(biāo)志物。在DEP引起的氣道炎癥早期階段，神經(jīng)酰胺可能有助于DEP發(fā)揮作用，被認(rèn)為是低水平DE暴露期間潛在的肺部靶標(biāo)[29]。

臨床和實(shí)驗(yàn)研究報(bào)道，接觸DEP與炎癥，氧化應(yīng)激和肺功能受損有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，用大黃素治療可以緩解機(jī)體由DEP誘導(dǎo)的氣道阻力增加，并阻止支氣管肺泡灌洗液中的中性粒細(xì)胞的募集，減輕肺炎癥和氧化應(yīng)激性。同樣，肺組織病理學(xué)證實(shí)大黃素對(duì)DEP誘導(dǎo)的肺炎癥具有保護(hù)作用。所以大黃素可能是一種潛在的肺部保護(hù)劑，能夠抵抗DEP引起的肺毒性[30]。

DEP通過粘連連接的破壞影響血管通透性，對(duì)脈管系統(tǒng)造成不良影響，如急性心肌梗塞和動(dòng)脈粥樣硬化。研究發(fā)現(xiàn)，DEP可以刺激ATP消耗，隨后其肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架去極化，再依次抑制PI3K/Akt活性并誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。而添加N-乙酰半胱氨酸可以有效降低DEP的細(xì)胞毒性[31]，被認(rèn)為是一種潛在的血管保護(hù)劑。

IL-4和IFN-γ啟動(dòng)子CpG位點(diǎn)的甲基化與Th2極化有關(guān)。DEP能促進(jìn)IgE表達(dá)，從而誘導(dǎo)FN-γ 啟動(dòng)子的 CpG245，CpG253，CpG2205 位點(diǎn)處的超甲基化，并在IL-4啟動(dòng)子的CpG2408處發(fā)生低甲基化。證明DEP會(huì)影響體內(nèi)Th2型基因的甲基化，發(fā)現(xiàn)了哮喘發(fā)病機(jī)制的新機(jī)制[32]。

諾卡酮是葡萄柚的一種成分，具有抗氧化和抗炎作用。研究發(fā)現(xiàn)，用諾卡酮預(yù)處理可以顯著地阻止DEP誘導(dǎo)的體內(nèi)氣道阻力增加，減弱支氣管肺泡灌洗液中的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)及肺間質(zhì)中的巨噬細(xì)胞和嗜中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)。研究證明，諾卡酮通過抑制NF-κB活化的機(jī)制阻止DEP誘導(dǎo)的氣道阻力增加，肺部炎癥，氧化應(yīng)激以及隨后的DNA損傷和細(xì)胞凋亡。因此，諾卡酮被認(rèn)為是一種有效的空氣污染誘發(fā)的氣道疾病的保護(hù)劑[33]。

6 總結(jié)與展望

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染的問題日益凸顯，嚴(yán)重危害到人類的健康。在諸多環(huán)境污染的問題中，空氣污染尤其引人注目。無論是秋冬季節(jié)嚴(yán)重的霧霾，工業(yè)廢氣，還是汽車尾氣，都會(huì)對(duì)人體造成各種傷害，誘發(fā)各類疾病，而且DEP在呼吸道疾病中的危害尤為嚴(yán)重。但是目前關(guān)于DEP的研究報(bào)道并不是很多，而且關(guān)于DEP也沒有更詳細(xì)的分類和更全面的組成成分研究，且其成分的毒理作用及誘發(fā)各類疾病的機(jī)理沒有系統(tǒng)的總結(jié)歸納，對(duì)潛在的或更持久的傷害沒有更深入的認(rèn)識(shí)和更高的警惕。

希望未來能有更多的臨床實(shí)驗(yàn)探究DEP成分及其危害，探尋其致病機(jī)理，尋找作用靶點(diǎn)以及潛在的治療方案，并且通過制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和措施來治理空氣污染問題，為預(yù)防和治療其誘發(fā)的疾病提供新的思路和方法。