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)現會加速身體的生理衰老過程。然而，與生物氣溶膠相關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 中生物氣溶膠誘導血管老化的主要機制。

該研究首先納入了8144名參與者，結果表明，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)產生潛在的毒性作用，從而對健康構成重大威脅。

為了研究生物氣溶膠及其通過與體內慢性炎癥相關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。結果發(fā)現暴露組小鼠衰老相關半乳糖苷酶（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AS22a對細胞的衰老影響更重，且AS22a干預導致細胞阻滯在G1期，而與年齡相關的基因P16則顯著升高。此外，AS22a還可以抑制HUVECs增殖和遷移。以上結果均表明AS22a可以促進血管內皮細胞衰老，后續(xù)動物體內實驗也說明了這一點。

既往研究表明，微生物可以通過上調NF-κB的轉錄活性來介導NLRP3炎癥蛋白的組裝和激活，從而促進炎癥反應。這些發(fā)現提示NF-κB和NLRP3與炎癥的激活密切相關。研究人員在AS22a誘導的HUVECs衰老過程中，觀察到NF-κB信號通路的激活。此外，經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。這些數據表明，生物氣溶膠中AS22a可能被NLRP3炎癥小體識別，介導炎癥因子的合成和釋放、炎癥細胞的募集，參與血管內皮細胞的衰老過程。

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。