细颗粒物(PM2.5)被认为是引发多种人类疾病的潜在毒性因素,已经成为全球关注研究的热点。流行病学研究表明,PM2.5易携带有毒有害物质,能够穿过上呼吸道并在肺组织中沉积,会对人类肺功能造成诸多不利影响,从而导致各种呼吸系统疾病发病率和死亡率的增加。不同来源PM2.5由于其化学成分不同,生物学效应也会有所差异。另外,不同的暴露方式诱导的毒性效应也不尽相同。本研究从美国加利福尼亚州萨克拉门托市,中国山东省济南市和山西省太原市三个城市地理位置不同,且污染严重的地区分别采集冬季PM2.5样品。首先对三种PM2.5样本进行了化学成分分析,然后进行生物实验将小鼠随机分成4组包括对照组、加州组、山东组和山西组,将三地PM2.5提取物制备成悬浮液(20 μg/5 0μL),使用口咽吸人法给BALB/C小鼠进行为期14天共5次的重复暴露,单次剂量20μg,总剂量100μg。在最后一次暴露后的第1、2和4天对小鼠进行解剖,收集支气管肺泡灌洗液(BALF)以进行细胞分类计数,观察小鼠肺组织病理学变化以及使用实时荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)和酶联免疫吸附法(ELISA)测定白介素-1β(IL-1β),肿瘤坏死因子-α(TNF-α)及人CXC趋化因子配体-1(CXCL-1)的mRNA和蛋白表达水平以探讨不同来源PM2.5诱导的小鼠肺损伤效应的差异,研究结果如下:(1)三地PM2.5有机化合物含量中,济南市PM2.5最高为57%,但萨克拉门托市PM2.5有机物氧化性更高,其有机物中氧元素的占比为45.3%。三种PM2.5中主要的无机成分是硫酸盐和硝酸盐,太原市PM2.5中硫酸盐含量为26%,分别约是萨克拉门托市和济南市样本中硫酸盐的含量的13倍和2倍。而相比之下,萨克拉门托市样本中的硝酸盐含量最高,分别约是济南市和太原市PM2.5的2倍和3倍。PM2.5样本金属元素的含量结果表明,与萨克拉门托市和济南市PM2.5样本相比,太原市PM2.5样本中Cu、Mg和Pb的含量比较高。此外,三地PM2.5样本中的K、Ca、Zn、Fe和Ni的含量相似。(2)BALF和组织病理学结果表明,停止暴露后的第1和4天,三组小鼠BALF中的中性粒细胞明显高于对照组,且山西组显著高于加州组和山东组。在停止暴露后的第4天,三组小鼠支气管和肺泡的炎性评分均高于对照组,且山西组小鼠气管和肺泡炎症评分在三个染毒组之间最高,分别为2.3和2.4,同时在肺组织切片中可观察到的大量炎性细胞浸润聚集于细支气管周边及肺泡间隙,这与炎性评分结果一致。(3)qPCR检测结果表明,在停止暴露后的第1天,各染毒组小鼠IL-1β和TNF-αmRNA表达水平与对照组或各组间相比没有明显差异,但是山西组的CXCL-1表达水平比对照组明显增加。第2天,与对照组相比只有山西组PM2.5诱导TNF-α的表达水平显著上升。第4天,与对照组相比加州组和山西组诱导了IL-1β的显著表达;只有山西组小鼠TNF-αα mRNA的表达水平显著增加;此外,三个染毒组小鼠CXCL-1 mRNA表达水平均显著高于对照组,且山西组的表达水平在三组之间最高。(4)ELISA的检测结果表明,在停止暴露后的第1天,各染毒组IL-1β、TNF-α和CXCL-1蛋白含量均与对照组没有差异。第2天,只有山西组的小鼠肺组织中TNF-α和CXCL-1的蛋白含量显著高于对照组。而到了第4天,三个染毒组IL-1β和TNF-α的含量都显著高于对照组;同时山东组CXCL-1蛋白含量显著高于对照组,且山西组显著高于对照组组和加州组。本研究中,在重复暴露结束后的三个不同的时间点(第1,2和4天),山西组小鼠各项肺组织生物学指标变化最显著,这可能是由于太原市冬季煤炭燃烧较多导致空气PM2.5硫酸盐的成分很高,并且微量金属元素Cu和Pb的高含量也是诱导炎症的一个重要原因。同时,相比于停止暴露后的第1和2天,第4天三组PM25对小鼠造成的肺损伤变化更明显,我们由此可以发现PM2.5诱导肺损伤的时滞效应,但是炎性反应的峰值还无法预估。以上结果可为PM2.5诱导的毒性效应提供更多科学的依据,为未来的研究奠定了基础。