经济飞速发展引发的能源持续消耗和人口不断膨胀,总是会伴随着大气污染日趋严重。近年来,我国区域性灰霾天气时有发生,其波及范围越来越广,发生强度越来越大,持续时间也越来越长,严重影响着人群的身心健康。2013年1月的一场大气霾污染过程席卷我国中东部、东北及西南地区共10个省市自治区,受污染最严重京津冀地区在1月份的31天平均雾霾天数达21.7天,污染物浓度超标严重,北京PM2.5小时最高值达到680μgm3。大气中高浓度的悬浮颗粒物,尤其是空气动力学直径(Aerodynamic Equivalent Diameter, AED)小于2.5μm的PM2.5颗粒是雾霾频发的重要原因之一。随着城市化进程加快,城市交通网络扩张和私家车拥有量的不断增加,我国大气污染模式将由燃煤型污染逐渐转变为汽车尾气型污染,因此PM2.5的污染水平及其在总悬浮颗粒物中的比重仍将继续升高。另一方面大量流行病学、毒理学资料表明,大气颗粒物污染可导致居民肺功能下降、COPD.哮喘等呼吸系统疾病的发生,甚至累及心血管系统、神经系统、免疫系统等多系统疾病的发病率和病死率,大大降低了人均期望寿命。但是PM2.5的损伤机制仍存在众多争议,因此深入探讨PM2.5健康效应具有重要的卫生学意义。大气细颗粒物是一种成分极其复杂的多相混合物,主要包括有OC/EC含碳组分,多环芳烃等有机物,铅、镍、铜、铬等微量重金属,各类无机盐离子的液态颗粒,甚至有花粉、真菌、病毒等生物性物质。此外一次颗粒物还可以与空气中氮氧化物、硫氢化物、臭氧等其他气态污染物反应生成二次颗粒物。本研究,首先对采集的上海市交通区冬季的大气PM2.5样品进行了成分分析。17种无机元素的浓度总和为1961.62 ng/m3,其中含量最丰富的5种无机元素依次为Ca、Fe、 K、Na、Al共占PM2.5中17种元素总量的85.3%。水溶性离子的浓度为22.21μg/m3,其中S042-占绝对优势,其次是NH4+, NO3-,Cl-。总有机物浓度为517.9 ng/m3,其中多环芳烃(PAHs)的浓度为30.0ng/m3。碳组分由有机碳(OC)和元素碳(EC)两种形式存在,浓度分别为0.021μg/m3、0.008μg/m3。此PM2.5样品中OC/EC为2.6,说明存在二次有机碳生成。本课题以C57BL/6雄性小鼠为试验对象,利用上述PM2.5样品的悬浊液,通过气管滴注的方式分别进行急性和亚慢性的PM2.5暴露,分别从氧化应激和免疫损伤两方面研究PM2.5的肺毒性机制,并探讨了Th17/Treg细胞失衡及其相关细胞因子分泌的改变在肺部免疫损伤过程中的作用。急性暴露试验,32只6-8周龄的C57BL/6小鼠随机分为4组,每组8只。PM2.5染毒低、中、高剂量组分别为1.5、7.5和15 mg/kg BW,对照组给予相同体积的生理盐水,连续暴露3天。末次暴露24小时后收集肺泡灌洗液进行生化分析,取未经灌洗的右肺进行组织病理学检查。结果显示,BALF中肺上皮损伤指标乳酸脱氢酶(LDH)和碱性磷酸酶(AKP)的活性随染毒剂量的升高而显著增加,肺渗透性指标总蛋白(TP)和白蛋白(ALB)含量与对照组比较显著增加,且表现为剂量依赖关系。IL-6,IL-17呈现剂量效应升高的趋势,抑制性炎性因子IL-10的含量也随着染毒剂量的升高而升高,这与亚慢性染毒IL-10随着染毒剂量的升高而降低的结果有所不同,提示急性染毒过程中,机体还处于一个自我修复与功能调节的尝试期,在免疫反应的初始阶段,尚能通过Treg细胞增殖分化并分泌IL-10等发挥免疫调节作用,抑制炎症的发生发展。BALF中氧化应激指标超氧化物歧化酶(SOD)随着染毒剂量的升高而降低,脂质过氧化指标丙二醛(MDA)随着染毒剂量的升高而升高,与对照组相比差异有统计学意义。肺组织病理学检查也显示了各染毒组出现不同程度的炎症反应和组织损伤,PM25暴露可引起肺部氧化应激和炎症反应,从而造成对小鼠肺泡-上皮屏障、肺实质的。亚慢性暴露试验,32只6-8周龄的C57BL/6雄性小鼠随机分为4组,每组8只。PM25染毒低、中、高剂量组分别为1.5、7.5和15 mg/kg BW,对照组给予相同体积的生理盐水,每周2次,连续暴露3个月。末次暴露24小时后进行收集肺泡灌洗液进行生化分析,取未经灌洗的右肺进行组织病理学检查。细胞分类计数结果显示,巨噬细胞百分比随着染毒剂量的增加而降低,白细胞总数和中性粒细胞百分比均明显高于对照组,且呈剂量-效应增加的趋势。肺组织病理学观察呈现出较急性暴露试验更为严重的炎性损伤。随着染毒时间的延长和染毒剂量的升高,颗粒物沉积量不断增多,组织充血水肿、粘膜上皮脱落、淋巴细胞浸润、肺泡间隔增厚等病变程度不断加重。肺泡灌洗液中IL-6,IL-17,TGF-β含量呈剂量效应增加的趋势,IL-10含量随染毒剂量的升高而显著降低。提示机体接受持续性PM25暴露的情况下,肺部免疫平衡被打破,Treg细胞的增殖分化、分泌功能难以维持,因而IL-10水平降低,免疫抑制功能被削弱,导致了肺部持续性的慢性炎症损伤。Real-time PCR的结果显示肺组织中Th17细胞特异性转录因子ROR-yt表达量随染毒剂量的增加而升高,Treg细胞特异性转录因子Foxp3+表达量呈现剂量-效应降低趋势。这与BALF中相应细胞因子的结果一致,说明PM2.5引发了肺部炎症,IL-6、TGF-β含量的升高在一定程度上抑制了Treg细胞的增殖分化,打破了Th17/Treg细胞的平衡,形成了由Th17细胞主导的促炎性的免疫反应,促进了肺部持续性的炎症及免疫损伤的发生。