至今为止,PM_2.5污染仍是全世界关注的焦点。中国是PM_2.5污染最严重的国家之一,受PM_2.5污染的地理范围极大,只有0.4%的中国人口生活在符合WHO空气质量准则的地区。流行病学研究表明PM_2.5和呼吸系统疾病的发病率密切相关,PM_2.5会导致肺气肿、哮喘、肺炎和COPD等呼吸系统疾病。PM_2.5甚至和肺癌的发病率及死亡率密切相关,2013年IARC将室外空气污染归类为新的致癌物。DNA损伤的积累在肺癌的发生和发展过程中起到关键作用。DNA损伤是PM_2.5的基因毒性的主要效应之一,大量研究证明了PM_2.5在人体的致癌效应。然而PM_2.5的毒性根据来源地区的不同而发生明显差异,北京地区PM_2.5的基因毒性仍缺乏详细数据。为了进一步探究北京PM_2.5的基因毒性及其机制,本课题采集2017年1月北京市PM_2.5,采用人支气管上皮细胞16HBE为模型,研究PM_2.5的基因毒性作用,并检测氧化应激和DNA修复基因的情况,探究损伤的机制。同时,研究表明AhR在肺部疾病的发病中有重要的作用,甚至跟肺癌相关。本课题组前期工作通过转录组测序技术筛选出了PM_2.5暴露导致的细胞差异表达基因,其中AhR的靶基因CYP450排在高表达组的前几位,提示AhR可能介导PM_2.5导致的肺部损伤。本研究还采用人肺上皮细胞A549为模型,研究PM_2.5对AhR通路的激活作用及其机制,探究AhR在PM_2.5介导的肺部毒性中的作用。本课题的结果显示,PM_2.5导致严重的16HBE细胞毒性效应,且毒性作用与PM_2.5剂量表现出正相关。PM_2.5在短时间内迅速诱导细胞内ROS生成,MDA增加、GSH下降反映了细胞内氧化性倾向和抗氧化系统的破坏,16HBE发生了严重的氧化应激反应。ROS会攻击DNA,氧化碱基甚至造成DNA链断裂,PM_2.5暴露显著增加了细胞的8-OH-d G水平,并且本研究检测到了由PM_2.5诱导的严重细胞DNA链断裂,提示ROS介导PM2.5诱导的DNA损伤。微核的形成则是从染色体的水平反映了DNA损伤,PM_2.5以剂量依赖的方式破坏细胞的DNA。DNA损伤由不同的酶修复,当正常的DNA修复过程失败,就可能会发生DNA损伤。通过Western Blot发现DNA修复蛋白的能力受到影响,虽然OGG1表达增加,XRCC1表达却显著降低,PARP1的总蛋白和失去活性的片段都在增加,修复能力的影响会导致DNA损伤的发生,这可能是PM_2.5基因毒性的介导途径之一。同时,本研究的实验结果显示PM_2.5激活了A549中AhR通路。免疫荧光拍摄到PM_2.5暴露后AhR逐渐在细胞核积累,发生了核转位,表明PM_2.5中确实存在其配体。q-PCR和Wstern Blot在转录和翻译水平的分析显示PM_2.5诱导了AhR靶基因CYP1A1的表达,双荧光素酶报告基因的显示了PM_2.5暴露后AhR-XRE的结合活性明显增加,表明CYP1A1的上调来源于AhR与其启动子上游元件的结合。最后CYP1A1的酶活性也显著增加,这可能会导致PAHs的致癌性转化,从而导致基因毒性,提示AhR介导的信号途径可能与PM_2.5的肺部暴露毒性有关。