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目的大气颗粒物中的可入肺颗粒物PMl(空气动力学当量直径<1μM,PM1)占PM2.5颗粒物数量的绝大部分,是形成灰霾天气的重要成分。PM1是由重金属、多环芳烃等有毒物质组成的混合物,具有粒径小、质量轻、数量多等特点,极易吸收进入血液,与人群健康关系密切。本研究采集城市道路周边大气细颗粒物PMl对大鼠进行呼吸道染毒,观察PM1对中枢神经系统(CNS)的潜在毒性,并初步探讨其对CNS的毒作用机制,旨在为城市空气污染对相关暴露人群CNS影响的研究提供实验依据及理论参考。方法1.PM1样品采集本研究采用芬兰Dekati公司生产的DLPI-撞击式多级颗粒物采样器在城市主要交通干道旁lm处(采样口距离地面高度为1.5m)采集大气细颗粒物。采样滤膜选用Whatman公司生产的聚碳酸酯滤膜,采样流量为30L/min。每24h更换一次滤膜,雨雪天停止采样。采样时间为2013年11月16日至2014年5月12日。2.PM1染毒SPF级健康雄性大鼠50只,随机分为5组,每组10只,分别为：空白对照组、生理盐水组和低(1.5mg/kg)、中(7.5mg/kg)、高(37.5mg/kg)剂量大气细颗粒物(PM1)染毒组。大鼠经乙醚麻醉后,按2.5ml/(kg · bw)经气管滴注PM1颗粒物悬浮液进行染毒,隔天染毒1次,共染毒3次,末次染毒7天后实验结束。3.一般状态观察每日观察各组大鼠的一般状况,定期称重并记录,并于实验结束时测定全脑、皮层及海马脏器系数。4.PM1染毒对大鼠CNS毒性效应观察4.1各组动物在末次染毒7天后,利用Morris水迷宫测定大鼠的学习记忆功能,记录大鼠的逃避潜伏期、总路程、平均穿越次数等指标。4.2水迷宫实验结束后,每组随机选择2只大鼠取脑,做常规病理切片,经苏木素-伊红染色后,对各组大鼠脑皮层和海马组织结构进行观察。4.3采用ELISA法测定海马组织中单胺类神经递质去甲肾上腺素(NE)、多巴胺(DA)和5-羟色胺(5-HT)的变化。5.PM1染毒对大鼠CNS毒作用机制探讨5.1实验结束时将各组大鼠断头取血,低温离心取血清,并迅速解剖取新鲜的脑皮层部分用于制备组织匀浆,利用试剂盒测定血清及脑皮层中T-SOD活力、GSH-Px活力、总抗氧化能力(T-AOC)、GSH和MDA含量。5.2取大鼠部分脑皮层组织,采用ELISA方法测定IL-1β、IL-6、TNF-α的含量；并运用免疫组化染色观察核因子κB (NF-κB)表达的变化。5.3采用TUNEL法观察大鼠脑皮层和海马组织神经细胞凋亡情况。结果1.PM1染毒对大鼠体重及全脑、海马、皮层脏器系数的影响1.1各组大鼠染毒后一般状况未见明显异常。实验期间对照组体重持续增长,各染毒组体重出现波动,生理盐水组及低、中剂量染毒组在染毒后第5或第7天体重显著低于对照组(P<0.05),其它各组动物体重与对照组及生理盐水组比较无显著性差异(P>0.05)。1.2中、高剂量组全脑脏器系数与对照组比较显著降低(P<0.05),高剂量组全脑脏器系数与生理盐水组比较显著下降(P<0.05),各组皮层及海马脏器系数与对照组及生理盐水组比较均无显著变化(P>0.05)。2.PM1染毒对大鼠CNS的毒性效应2.1定位航行实验中,中、高剂量染毒组在正式实验第3、4天表现出逃避潜伏期较对照组及生理盐水组延长(P<0.05)；中、高剂量染毒组在第3、4天的总路程均显著高于对照组及生理盐水组(P<0.05)；其余各天各组逃避潜伏期和总路程均无显著变化(P>0.05)。空间探索实验中,各染毒组穿越目标次数与对照组比较均较低(P<0.05),高剂量组穿越次数与生理盐水组比较也显著降低(P<0.05)；中、高剂量染毒组其周边活动路程均显著低于对照组及生理盐水组(P<0.05)；其余各组平均穿越次数、周边活动路程及周边活动时间均无显著变化(P>0.05)。2.2病理切片可见,对照组及生理盐水组各部分组织、细胞未见明显异常,表现为各脑区着色均匀,组织结构清晰致密,神经细胞多呈椭圆形、锥体形及不规则形,细胞核蓝染,轮廓较清楚。各染毒组大鼠脑皮层和海马神经元出现不同程度的病理改变,可见细胞排列紊乱、神经元数量减少、核固缩、染色质溶解等现象。且随着染毒剂量增高,异常组织形态出现愈多,病理改变愈严重,中、高剂量组神经细胞出现水肿、空泡状改变,海马组织还可见液化性坏死。2.3大鼠海马单胺类神经递质测定结果显示,高剂量组5-HT、DA含量均显著低于对照及生理盐水组(P<0.05)；低、中、高各染毒组NE含量均显著高于对照组(P<0.05),中、高剂量组NE含量与生理盐水组比较也显著升高(P<0.05),其余指标各组与对照组及生理盐水组比较均无显著变化(P>0.05)。3.PM1染毒对大鼠CNS毒作用机制的探讨3.1血清氧化应激指标检测结果显示,各染毒组血清MDA含量与对照组比较显著升高(P<0.05),高剂量组与生理盐水组比较也出现显著升高(P<0.05)：低、中、高剂量组血清T-AOC均显著低于对照组及生理盐水组(P<0.05)；GSH中剂量组显著低于生理盐水组(P<0.05),高剂量组显著低于对照及生理盐水组(P<0.05)；高剂量组血清GSH-Px含量与对照组及生理盐水组比较显著降低(P<0.05)；其余各组各指标与对照组和生理盐水组比较均无显著变化(P>0.05)。皮层组织氧化应激指标检测结果显示,与空白对照组比较,高剂量组T-SOD活力下降(P<0.05),各染毒组MDA含量均升高(P<0.05),中、高剂量组T-AOC均显著降低(P<0.05),其余各组各指标差异无显著性(P>0.05)；与生理盐水组比较,中、高剂量组T-SOD活力均下降(P<0.05), MDA含量均升高(P<0.05),T-AOC均降低(P<0.05),其余各指标均无显著变化(P>0.05)。3.2大鼠脑皮层炎性细胞因子测定结果显示,中、高剂量组TNF-a的含量与对照组及生理盐水组比较均显著升高(P<0.05),低剂量组TNF-a的含量与对照组比较也显著升高(P<0.05)；高剂量组IL-1β含量与对照组及生理盐水组比较显著升高(P<0.05)；其余各组各指标均无显著变化(P>0.05)。免疫组化实验结果显示,中、高剂量组脑皮层和海马组织中NF-κB的表达与对照组和生理盐水组比较显著升高(P<0.05)。3.3 TUNEL结果显示,与对照组及生理盐水组比较,中、高剂量组皮层和海马TUNEL阳性细胞率均显著升高(P<0.05)。结论1.本研究条件下经呼吸道进行的PM1染毒可使大鼠空间学习记忆能力下降,影响CNS功能。2.本实验剂量下PM1染毒可引起大鼠脑皮层和海马组织出现病理性损伤。3.PMl染毒可引起大鼠海马组织内单胺类神经递质NE、DA、5-HT含量发生变化。4.PM1染毒可引起大鼠血清和脑皮层组织内氧化应激水平升高。5.PM1染毒可引起大鼠脑皮层细胞内炎性细胞因子TNF-a、IL-1β含量发生变化,也可导致NF-κB表达的变化。6.PM1染毒可引起大鼠脑皮层和海马组织中神经细胞凋亡增加。综上所述,本研究中PM1染毒可引起大鼠CNS出现功能性及病理性改变,脑内单胺类神经递质含量出现明显变化,导致这些损伤性改变的机制可能与脑内过氧化反应增强、炎性相关因子介导及释放,以及神经细胞凋亡增加有关。