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近年来,空气污染尤其PM2.5所引发的各种健康问题日益受到关注,其对呼吸系统和心血管系统的影响及作用机制已有广泛而深入的研究。PM2.5暴露会增加心梗,中风,哮喘,慢性阻塞性肺气肿,肺癌等疾病的发病率和死亡率,其可能通过诱发肺组织炎症及氧化应激进而产生系统性炎症及氧化应激,通过循环系统,或气道神经感受器诱发自主神经系统失衡加重相关疾病进展。然而PM2.5暴露对于精神类疾病尤其抑郁的影响及机制研究相对空白,流行病学研究显示短期空气污染暴露会增加抑郁患者的门诊量及自杀倾向,但是机制不详。目前研究表明空气污染可以诱发中枢神经系统炎症,而炎症在抑郁的病理生理过程中扮演关键角色,抑郁患者体内的炎性因子水平要高于正常人群,而抑郁相关脑区包括海马、下丘脑等区域存在大量的炎性因子受体,炎性因子可能通过干扰神经递质代谢及转运,影响神经元的可塑性、生存形式参与抑郁的病理生理过程。由此我们提出PM2.5短期暴露可能通过诱发中枢神经系统炎症加重抑郁症状的科学假说,针对这一科学假说我们拟从以下三方面展开研究:1)PM2.5短期暴露对CUMS诱导抑郁大鼠的影响及机制,2)PM2.5暴露诱发肺组织氧化应激及炎性反应的时序性,3)细胞水平的验证及相关分子机制探讨。通过上述研究阐明PM2.5短期暴露对抑郁的影响及潜在作用机制,为易感人群的健康防控提供理论依据。第一部分PM2.5短期暴露诱发海马区炎症加重CUMS模型大鼠抑郁样行为为了明确PM2.5短期暴露对抑郁的影响及潜在机制,在本研究中,我们首先通过慢性不可预知温和应激CUMS建立大鼠抑郁模型,利用PM2.5支气管滴注对SD大鼠进行暴露,剂量为4mg/kg,暴露频次为每两天一次,共3次,最后一次暴露12h后,检测大鼠糖水偏好度和旷场运动里程,随后采集血液及脑组织样本进行分析。我们发现PM2.5的暴露可以进一步减少CUMS诱导的抑郁大鼠的糖水偏好度及运动里程,表明PM2.5短期暴露可以加重抑郁样症状。随后我们分析了大鼠血清中的炎性因子,ACTH及CORT水平,发现PM2.5暴露可以诱导ACTH和CORT浓度升高,升高抑郁大鼠的IL-1β,IL-6及TNF-α水平,但对IL-4及IFN-γ无明显影响,提示PM2.5短期暴露可以诱发抑郁大鼠系统炎症,导致HPA轴亢进。进而我们对大鼠进行了静息状态下的功能核磁分析,发现PM2.5短期暴露可以降低大鼠脑部海马区及背侧丘脑的ALFF值,随后我们利用高效液相法对这两个脑区相关的神经递质进行了检测分析,发现PM2.5暴露仅降低了海马区5-HT的浓度,对其他神经递质无明显影响。进一步我们分离海马组织并利用Q-PCR方法分析了其炎性因子及BDNF的表达变化,结果显示PM2.5短期暴露可上调海马区IL-6和TNF-α基因的表达,同时抑制BDNF基因的表达。上述研究结果表明PM2.5短期暴露加重了抑郁大鼠的行为学表现,而这一效应可能与PM2.5短期暴露诱发的海马区相关炎性因子表达升高,BDNF表达降低以及5-HT浓度降低有关。这一结果为流行病学的相关报道提供了直接的实验证据,提示抑郁患者也应纳入空气污染物健康效应的易感人群。第二部分PM2.5暴露诱发肺组织氧化应激及炎症的时序性研究大量研究提示系统性炎症与神经组织炎症之间存在密切关联,而神经组织炎症是诱发抑郁的重要病因学之一。肺是PM2.5暴露的直接靶器官,是PM2.5暴露诱发局部及系统性氧化应激及炎性反应的起始部位。深入分析PM2.5暴露下肺组织氧化应激及炎性反应的时序性对于理解系统性炎症与神经组织炎症的关联具有重要作用。本部分研究中我们通过支气管滴注进行单次PM2.5暴露,检测肺组织中氧化应激以及炎症发生的时序性关系,结果表明PM2.5暴露首先引起NO上升,出现氧化应激,然后才出现炎性反应。提示NO可能在PM2.5暴露诱发的氧化应激及系统性炎症中扮演重要角色,而NO作为小分子物质极易通过血脑屏障,可能在抑郁的病理生理进程中扮演重要角色。进一步分析发现PM2.5暴露仅可诱导肺组织中NOS2的表达上调,而对NOS3和NOS1无明显影响,表明PM2.5暴露可能通过诱导NOS2表达上调介导NO的产生。本部分研究发现PM2.5暴露后NO的异常升高发生最早,然后是氧化应激的其他指标,而炎症水平上调发生于氧化应激之后,提示了其重要的生物学功能,同时明确了NO的升高是由肺组织中NOS2表达上调所介导。上述结果不仅阐明了PM2.5暴露后氧化应激与炎性反应的时序性关联,还拓展了我们对系统性炎症与神经组织炎症关联的认识,并为后续的深入研究提供了新线索。第三部分PM2.5处理Beas-2b细胞后氧化应激和炎性反应的时序性关系及作用机制本部分我们选用人支气管上皮细胞Beas-2b,对动物水平的研究结果进行验证并对其潜在作用机制进行探讨。我们首先通过Annexin-V/PI双染色法检测不同浓度的PM2.5处理Beas-2b细胞后的凋亡情况,发现随着PM2.5浓度增加,细胞凋亡增多,随后我们选取100μg/ml PM2.5进行暴露,在不同时间点检测NO,IL-6和ROS,发现PM2.5暴露首先诱发NO及ROS的产生,随后诱发IL-6表达上调。上述结果与动物水平研究结果相一致,进一步提示了NO可能在PM2.5暴露诱发的生物学效应中扮演重要角色。进而我们对NO产生机制进行了分析,发现PM2.5处理细胞后,能够特异性地升高诱导型一氧化氮合酶(NOS2)表达水平,并导致NO生成的增多。而免疫荧光染色,Westernblot及电镜观察均证实这一过程伴随着细胞自噬水平显著升高。进一步我们利用NOS2siRNA抑制NOS2表达,发现在阻断NOS2信号通路后,NO产生下降,自噬小体形成明显减少,自噬相关蛋白表达水平随之下调,细胞死亡也有一定程度的减少。上述实验结果证明PM2.5处理Beas-2b细胞后,NO及ROS的产生早于炎性因子的表达,这一过程伴随着自噬相关信号通路的激活,NOS2可能介导了PM2.5暴露诱发NO的产生及细胞自噬,提示自噬可能参与了氧化应激和炎症反应。综上所述,我们发现了PM2.5短期暴露引起海马区及背侧丘脑Bold信号减弱,并可能通过诱发海马区炎性反应,抑制BDNF表达,降低5-HT浓度加重了抑郁样症状,而PM2.5暴露诱发的系统性氧化应激和炎性反应可能与海马区炎症存在密切关联。在PM2.5暴露诱发氧化应激和炎症的时序关系研究中我们发现,PM2.5暴露后,由NOS2介导的NO异常升高出现最早,随后是氧化应激及炎性反应,提示了NO在其中的关键作用。在细胞水平的研究中,我们不仅验证了动物实验中的结果,同时发现PM2.5暴露产生的NO介导了细胞发生自噬,提示其可能在后续的氧化应激和炎症反应中也扮演了重要角色。上述研究不仅证明了PM2.5短期暴露能进一步加重模型大鼠的抑郁病情进展,也为阐明PM2.5暴露加重抑郁样症状的分子机制及空气污染状况下的抑郁的防控提供了理论支撑。