Advanced Science：區(qū)彩文團隊揭開PM2.5暴露加速血管衰老的機制

空氣污染是全球性的公共衛(wèi)生問題，其中的細顆粒物（PM2.5）是影響人類健康的重要危險因素。生物氣溶膠作為PM2.5中重要的環(huán)境暴露，長期暴露于生物氣溶膠可增加呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)疾病的發(fā)病率。

此外，血液中高濃度的生物氣溶膠已被發(fā)現(xiàn)會加速身體的生理衰老過程。然而，與生物氣溶膠相關(guān)的血管老化的潛在機制尚不清楚。

2024年10月22日，南方醫(yī)科大學區(qū)彩文教授團隊在Advanced Science 雜志發(fā)表題為“Chronic Exposure to Bioaerosols in PM2.5 from Garbage Stations Accelerates Vascular Aging via the NF-κB/NLRP3 Pathway”的文章。

該研究發(fā)現(xiàn)源自垃圾站生物氣溶膠群落中的一株山羊葡萄球菌AS22a，通過激活 NF-κB/NLRP3 信號通路上調(diào)炎癥因子并加速細胞衰老和血管老化，這可能是 PM2.5 中生物氣溶膠誘導(dǎo)血管老化的主要機制。

該研究首先納入了8144名參與者，結(jié)果表明，與PM2.5暴露量最低的參與者相比，PM2.5暴露量最高四分位數(shù)的參與者發(fā)生重大不良心血管事件的風險增加35%（HR，1.35；95%CI，1.14–1.60）。

生物氣溶膠作為PM2.5中的重要環(huán)境暴露，研究人員在家庭垃圾站環(huán)境中采樣發(fā)現(xiàn)存在高濃度的條件致病性生物氣溶膠，且大部分生物氣溶膠顆粒足夠小，可以吸入下呼吸道并沉積在肺泡中。長期接觸這種生物氣溶膠可能會對人體的各種器官系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的毒性作用，從而對健康構(gòu)成重大威脅。

為了研究生物氣溶膠及其通過與體內(nèi)慢性炎癥相關(guān)的特定潛在機制對血管老化的影響，研究人員首先將小鼠長期暴露在生物氣溶膠中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)暴露組小鼠衰老相關(guān)半乳糖苷酶（SA-β-gal）有明顯的藍色染色，Western blot和q-PCR分析衰老相關(guān)基因P53和P21表達顯著增加。HE、Masson、EVG染色提示頸動脈管腔明顯增大，膠原纖維含量增加，且彈性纖維失去正常的形態(tài)，表明發(fā)生了血管老化。

隨后，研究人員從采樣的氣溶膠中分離純化出相對豐度最高的3種細菌（命名分別為AS22a、AS67和L243）。發(fā)現(xiàn)AS22a對細胞的衰老影響更重，且AS22a干預(yù)導(dǎo)致細胞阻滯在G1期，而與年齡相關(guān)的基因P16則顯著升高。此外，AS22a還可以抑制HUVECs增殖和遷移。以上結(jié)果均表明AS22a可以促進血管內(nèi)皮細胞衰老，后續(xù)動物體內(nèi)實驗也說明了這一點。

既往研究表明，微生物可以通過上調(diào)NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性來介導(dǎo)NLRP3炎癥蛋白的組裝和激活，從而促進炎癥反應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)提示NF-κB和NLRP3與炎癥的激活密切相關(guān)。研究人員在AS22a誘導(dǎo)的HUVECs衰老過程中，觀察到NF-κB信號通路的激活。此外，經(jīng)NF-κB抑制劑PDTC進一步處理后，AS22a對HUVECs的衰老作用減弱，同時NLRP3、IL-1β和IL-18的表達下調(diào)。這些數(shù)據(jù)表明，生物氣溶膠中AS22a可能被NLRP3炎癥小體識別，介導(dǎo)炎癥因子的合成和釋放、炎癥細胞的募集，參與血管內(nèi)皮細胞的衰老過程。

總之，該研究首次證實了PM2.5中的生物氣溶膠可以通過NF-κB/NLRP3信號通路加速血管內(nèi)皮細胞衰老。這不僅表明，長期暴露于PM2.5中高濃度的有害生物氣溶膠對人體健康有害，同時為評估某些特殊行業(yè)的職業(yè)暴露風險提供參考。