大气细颗粒物诱导人呼吸道上皮细胞炎性因子的表达及其机制

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背景以细颗粒物(fine particulate matter,亦称PM2.5)浓度超标为主要特征的雾霾污染仍在我国一些地区频发,PM2.5暴露可对人体呼吸系统和心血管系统等造成严重损害。呼吸道上皮细胞是机体防御吸入环境毒物的第一道防线,可通过分泌炎性因子参与呼吸道炎症发生发展过程。本研究的目的是探讨PM2.5暴露对人呼吸道上皮细胞(human bronchial epithelial cell,BEAS-2B)炎性因子表达的诱导作用及相关机制,为进一步制定干预PM2.5所致呼吸系统毒性效应提供理论依据及重要线索。目的揭示大气PM2.5暴露对人呼吸道上皮细胞(BEAS-2B)炎性因子表达的影响及其机制。方法第一部分雾霾自然暴露在不同雾霾污染水平下,分别将室外未截留或经不同孔径颗粒物截留器(0.3μm,1μm,5μm)截留的雾霾空气抽入细胞暴露室,暴露BEAS-2B细胞4 h,气体流量控制在30 mL/min。同时将细胞培养箱正常培养的BEAS-2B细胞作为对照组。利用酶联免疫吸附法(enzyme-linked immune sorbent assay,ELISA)测定培养液上清中白介素(interleukin,IL)-1β、IL-6以及IL-8水平。第二部分PM2.5悬液暴露(1)将BEAS-2B细胞分别暴露于不同浓度PM2.5悬液(0、20、50、100、150μg/mL),2h后采用DCFH-DA荧光探针标记细胞ROS成分,流式细胞仪检测细胞荧光强度;6h后ELISA检测培养液上清IL-1β、IL-6和IL-8表达水平,Western blot检测细胞裂解上清EGFR(Y1068)磷酸化水平;(2)用抗氧化剂乙酰半胱氨酸(N-acetyl-L-cysteine,NAC,5 mM)预处理细胞6 h或EGFR抑制剂PD153035(5 nM)预处理细胞2 h,然后将细胞暴露于150μg/mL PM2.5悬液,2 h后检测细胞ROS水平,6 h后检测培养液上清IL-1β、IL-6和IL-8表达水平及细胞EGFR表达水平。结果1.雾霾自然暴露按空气质量指数(air quality index,AQI)标准分别选取空气质量为良,轻、中、重度污染四个水平进行实验。结果显示:(1)在相同污染水平下,0.3μm、1μm和5μm截留组IL-1β、IL-6和IL-8蛋白表达量均较未截留组显著降低(P<0.05),IL-1β、IL-6和IL-8蛋白表达量随截留组孔径增大呈上升趋势。(2)在相同级别颗粒物截留条件下,三种炎性因子表达量均随污染水平升高而上升(P<0.05)。(3)以重度污染为例,不同粒径颗粒物对IL-1β表达的贡献度依次为0.3μm以下>5μm以上>1μm-5μm>0.3μm-1μm,对IL-6、IL-8表达量的贡献度依次为5μm以上>0.3μm以下>1μm-5μm>0.3μm-1μm。2.PM2.5悬液暴露结果显示:(1)BEAS-2B细胞IL-6、IL-8和IL-1β的表达量与PM2.5暴露浓度(0、20、50、100、150μg/mL)存在明显正相关;(2)BEAS-2B细胞内ROS水平与PM2.5暴露浓度存在明显正相关;抑制ROS水平可明显降低PM2.5暴露所致BEAS-2B细胞IL-1β、IL-6、IL-8蛋白表达量(P<0.05);(3)BEAS-2B细胞EGFR活化水平与PM2.5暴露浓度存在明显浓度依赖关系;抑制EGFR活性可明显降低PM2.5暴露所致BEAS-2B细胞IL-6、IL-8表达量(P<0.05);(4)抑制细胞内ROS水平可明显降低PM2.5暴露所致BEAS-2B细胞EGFR活化水平(P<0.05);抑制细胞EGFR活化水平,对细胞内ROS水平无显著影响(P>0.05)。结论1.不同粒径颗粒物暴露所致BEAS-2B细胞的炎性反应具有粒径依赖性,0.3μm以下及5μm以上颗粒物暴露较0.3μm-1μm、1μm-5μm颗粒物暴露造成的炎性因子表达量更高;同等粒径颗粒物污染条件下,高浓度雾霾暴露BEAS-2B细胞所致炎性反应更明显;2.PM2.5暴露可诱发BEAS-2B细胞炎性反应,氧化应激和EGFR通路参与该炎性反应调控,且氧化应激在EGFR活化过程中发挥重要作用。
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