摘要
大气细颗粒物(PM2.5)是指大气中空气动力学直径小于或等于2.5μm的固、液态颗粒物，这些颗粒物的产生主要源于煤炭燃烧、生物质燃烧、汽车尾气排放等。近几年，我国许多地区尤其是北部大部分地区雾霾现象频频发生，空气PM2.5含量超标，严重影响空气质量和人们的身体健康。PM2.5成分复杂，PM2.5及其不同成分可对机体产生不同程度的损伤。目前许多流行病学研究表明，PM2.5暴露不仅可导致哮喘、支气管炎、慢性阻塞性肺病等呼吸系统疾病以及心血管疾病的发病率显著升高，而且还会造成大脑损伤，认知功能损害，增加神经退行性疾病(如阿尔兹海默症、帕金森症、亨廷顿症等)的发病风险。文献表明，PM2.5可通过氧化应激引起神经系统损伤，但详细的机制仍需进一步完善。线粒体是脑退化的关键因素，其在外界刺激物对健康效应影响作用机制的研究中占重要地位。PM2.5在进入人体，可引起组织或细胞的病理损伤，导致线粒体形态与功能改变及氧化损伤，故PM2.5对线粒体损伤的作用机制日益受到关注。当前PM2.5致脑损伤的线粒体调控机制仍不清楚。鉴于此，本论文采集太原市冬季采暖期PM2.5颗粒，以人神经母瘤细胞SH-SY5Y细胞为体外模型，研究PM2.5诱导的SH-SY5Y细胞中线粒体损伤和氧化损伤效应，旨在探讨其可能的分子机制。 在本研究中，我们首先提取PM2.5不同成分，在不同浓度和不同时间下，对人SH-SY5Y细胞进行染毒，探究PM2.5组分对细胞活力的影响。结果表明，PM2.5全颗粒、水溶性颗粒、非水溶性颗粒和有机颗粒4种组分均对细胞有毒性，细胞存活率下降。在相同浓度下，暴露48h比暴露24h产生的细胞毒性更大，有机颗粒和非水溶性组分产生的细胞毒性更大。根据该结果，本实验选取不同浓度(0,25,100,250μgmL-1)PM2.5全颗粒对人SH-SY5Y细胞进行染毒，采用特定试剂盒和ELISA测定线粒体形态的改变，细胞ATP水平、线粒体膜通透性转换孔(mPTP)、膜电位、线粒体DNA(mtDNA)拷贝数、钙离子(Ca2+)浓度等线粒体功能指标的变化，以及活性氧(ROS)、锰超氧化物歧化酶(SOD2)、丙二醛(MDA)、还原型谷胱甘肽(GSH)和淀粉样蛋白β肽42(Aβ-42)等氧化损伤指标的变化，荧光实时定量PCR和Western-blot技术检测线粒体融合/分裂基因(OPA1，Drp1)、线粒体相关应激标志物(CypD和COXⅣ)及氧化损伤标志物SIRT3的表达变化，探索PM2.5对细胞线粒体结构和功能及氧化损伤的影响。研究发现，(1)伴随着mPTP的开放以及ATP水平，线粒体膜电位，mtDNA拷贝数和Ca2+浓度的降低，PM2.5引起更多的线粒体肿胀；(2)PM2.5增强线粒体裂变/融合基因(Drp1和OPA1)的表达，并影响SH-SY5Y细胞中CypD和COXⅣ的基因表达；(3)PM2.5引发细胞ROS，Ca2+和Aβ-42水平的增加，SOD2活性的抑制，GSH含量和GSH/GSSG比率的降低和MDA含量的升高，并下调了SIRT3基因表达。 本研究结果显示PM2.5暴露下，SH-SY5Y细胞线粒体结构和功能出现异常，融合/分裂基因表达失衡，同时PM2.5还引发线粒体膜的脂质过氧化和细胞氧化应激，这意味着线粒体功能障碍和氧化应激是PM2.5诱导的脑神经细胞损伤的潜在机制，可能与神经系统疾病有关，此研究可为预防大气颗粒物污染诱发神经系统疾病提供实验依据。
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