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近年来,北京空气污染现象日益严重,雾霾天气引发了社会各界的广泛关注。大气颗粒物作为主要的环境污染物已经严重影响了人们的日常生活和身体健康。作为大气颗粒物的重要组成部分,PM2.5已经成为影响人体健康的重要威胁。目前,已经有大量的流行病学研究表明,PM2.5通过呼吸道进入人体,能够引发人体的呼吸系统及心血管系统疾病,同时已有研究表明,PM2.5的浓度与癌症的发生率也有密切联系。在PM2.5引发人体心血管疾病的研究中,流行病学研究已经指出,高血压、动脉粥样硬化等疾病与PM2.5的吸入浓度息息相关,也有毒理学研究表明,这些疾病的发生与PM2.5造成血管内皮细胞的损伤有关,但PM2.5导致动脉粥样硬化等心血管疾病的具体毒性作用机制还并未明确指出。为了进一步研究PM2.5的毒性机制,本课题采用血管内皮细胞作为细胞模型,采集北京地区2014年1月的PM2.5,研究PM2.5对血管内皮细胞的毒性作用及相关机制。同时,有研究提出,AhR是环境污染物诱导动脉硬化发生的可能机制之一,结合本课题的研究结果,为了进一步对其机制进行研究,本课题还利用CRISPR/Cas9系统构建了敲除人AhR基因的慢病毒质粒。本课题的研究结果表明,PM2.5对细胞毒性明显,并且PM2.5浓度与毒性存在剂量效应关系。PM2.5可以导致细胞内微核产生率增加,进一步推测PM2.5可能诱发细胞染色体损伤。利用透射电子显微镜观察PM2.5在细胞中的作用位置和暴露于PM2.5后的细胞超微结构变化,发现PM2.5在细胞质和细胞核内均有存在且产生影响,尤其导致线粒体结构的改变。同时发现,PM2.5会诱导细胞自噬的发生,自噬参与到了PM2.5对细胞的毒性作用过程中并起到保护细胞的作用。在基因表达谱的检测中发现,PM2.5诱发细胞中很多与炎症、氧化应激和血管功能障碍相关的基因的表达变化,其中,AhR及其靶基因CYP1B1的表达上调,HMOX1作为一种氧化应激的关键基因,它的表达上调表明HMOX1在细胞抗PM2.5的损伤过程中可能起到了关键作用,凝血因子F3的表达上调可能是PM2.5引发动脉硬化等心血管疾病的机制之一,其可能作为PM2.5对人体心血管损伤的一种标志物。同时,PM2.5还影响细胞p53信号通路、NF-kB信号通路等信号通路。同时,本课题利用CRISPR-Cas9基因编辑技术构建了用于敲除人AhR基因的慢病毒质粒,为后续慢病毒的包装及人AhR基因的在PM2.5引发心血管疾病尤其是动脉粥样硬化中的作用机制与功能研究奠定了基础。