PM2.5致肺损伤及茶叶对肺部疾病防治作用的研究进展

洪乐乐,陈宇宏,李 勤,黄建安,刘仲华

(1.湖南农业大学 茶学教育部重点实验室,湖南 长沙 410128;2. 国家植物功能成分利用工程技术研究中心,湖南 长沙 410128;3. 湖南省植物功能成分利用协同创新中心 ,湖南 长沙 410128)



PM2.5致肺损伤及茶叶对肺部疾病防治作用的研究进展

洪乐乐1,3,陈宇宏1,3,李 勤1,2*,黄建安1,2,刘仲华1,2*

(1.湖南农业大学 茶学教育部重点实验室,湖南 长沙 410128;2. 国家植物功能成分利用工程技术研究中心,湖南 长沙 410128;3. 湖南省植物功能成分利用协同创新中心 ,湖南 长沙 410128)

PM2.5是指直径小于或等于2.5μm的颗粒物,也称细颗粒物,易附带有毒、有害物质,导致肺部疾病.茶叶中含有茶多酚、黄酮、茶黄素等多种营养物质,对防治肺部疾病的发生具有良好的效果.本文以PM2.5的毒性及茶叶的保健功能为出发点,综述了PM2.5致肺损伤及茶叶对肺部疾病的防治作用,为预防PM2.5所致疾病及茶叶的后期开发与利用提供理论依据.

PM2.5;茶叶;肺损伤;防治作用

随着我国工业的日趋发展以及频繁出现的雾霾天气,让人们越来越加深了对一个名词的了解--PM2.5.所谓PM2.5,即直径小于或等于2.5μm的颗粒物,也称细颗粒物[1].近年来,中国大气PM2.5的污染极其严重.与较粗的大气颗粒物相比,PM2.5对人体健康和大气环境质量的影响更大.因为直径越小,进入呼吸道的部位越深,易引起各种呼吸道疾病.

茶是世界上饮用最广泛的饮料,茶叶及其提取物能影响一些慢性疾病的发病机理.已有不少研究表明茶叶及其提取物对肺部疾病等具有防治作用,也有实验研究证明茶叶具有一些可以清除多种自由基的功能成分,对机体抗氧化有明显的促进作用,在保护肺组织正常功能上也有显著的防治作用.

本文对PM2.5与肺损伤的关系及茶叶对肺部疾病的防治作用机理进行系统而全面地综述,旨在为茶叶的合理开发与利用提供科学依据.

1　PM2.5致肺损伤的研究进展

颗粒物的成分很复杂,主要取决于其来源.PM2.5可以由硫和氮的氧化物转化而成,其主要来自于化石燃料(煤、石油等)和垃圾的燃烧,还有二手烟、焚香金纸等都能形成PM2.5.PM2.5可以进入人肺部并引起各种呼吸道疾病,给大气环境和人体健康带来极大危害[2].《环境研究通讯》杂志(Environmental Research Letters)2013年有一项报告称,全球每年因空气污染死亡的人数已超过200万人.死亡原因主要是大气中PM2.5等悬浮颗粒物浓度上升,对人体肺部造成损害.可见,PM2.5对人体健康的危害极大.因此,研究PM2.5致肺损伤的作用机理已迫在眉睫.

PM2.5 是一种肺部可吸入的毒性因子,大量毒理实验研究以及流行病学调查均显示暴露于 PM2.5 将会对机体健康产生严重的损害,能引起各种呼吸道疾病,如哮喘、肺功能下降、肺癌等,甚至导致心血管疾病及免疫系统崩溃等[3-7]. PM2.5能深入渗透到肺部,刺激和腐蚀肺泡壁,比PM10 对人体的危害更大.已有研究发现,若将 PM2.5浓度增加10ug/m3,将引起总死亡率增加12.07%[7].也就是说,大气中PM2.5 浓度升高大大增加了人的发病率和死亡率.程硕、王伟[8]等的细胞毒性研究显示,PM2.5 在一定浓度范围内能导致细胞死亡,引起细胞的氧化损伤,影响DNA的复制,阻碍细胞增殖.近年来,许多科学家都致力于探索PM2.5对机体的毒性机制,指出可吸入颗粒物对肺组织的损伤主要分为氧化损伤和炎性损伤两大类.许多研究表明,PM2.5进入人体肺组织后,其本身具有自由基活性,且含有的金属、有机成分等也能够诱导细胞产生自由基,这些自由基导致了肺组织的氧化性损伤.Valko[9]等指出,自由基会引起氧化应激反应,造成细胞氧化还原失衡,以及细胞癌变.Donaldson和Beswick[10]等通过实验证明了环境颗粒物的表面可以产生自由基, Donaldson[11]等还证明了铁(Fe)参与了这个过程. Shi[12]等发现细颗粒物可使肺泡细胞产生(•OH)自由基,并诱发8-OH脱氧鸟嘌(8-OHdG)的形成.Kennedy T[13]等研究发现铜(Cu)可能也是引起可吸入颗粒物造成肺损伤的一个过渡金属.姜智海[14]等用PM2.5水溶液对小鼠进行气管滴注染毒24 h 后测得支气管肺灌洗液中乳酸脱氢酶(LDH)、碱性磷酸酶(AKP)、酸性磷酸酶(ACP)、白蛋白(ALB)、NO 、一氧化氮合酶(NOS)、丙二醛(MDA) 、超氧化物歧化酶(SOD) 等含量以及TNF-α、IL-1 活性较对照组均有显著增高(P<0.05).Jimenez[15]等通过体外实验证明PM10可以使细胞的NF-kB、DNA 结合催化蛋白-1、IL-8 mRNA 以及TNF-a 的表达量显著增加,并且提高嗜中性粒细胞的趋化活性.Kelly, F. J.等[16]研究了颗粒物对氧化生物学和免疫反应的影响,证明了颗粒物的吸入确实会引起肺部炎症活动,从而引起动脉粥样硬化、缺血性心血管和心脏自主神经功能的改变及阻塞性肺疾病等.由此可见,PM2.5是导致肺损伤的重要因素,保护环境,严控大气中PM2.5浓度,对预防肺部疾病的发生有着重要意义.

2　茶及其提取物对肺部疾病防治作用的研究进展

面对肺部疾病发病率和死亡率的日渐加大,开发经济有效的预防药物势在必行.茶作为世界上最广泛的饮料,不仅其口味受全球称赞,而且还含有茶多酚、黄酮、可溶性糖、氨基酸、咖啡碱等有益于身心健康的营养和药理成分,被专家推荐为最适宜饮用的健康饮料.茶叶及其提取物在防治肺部疾病等方面已有诸多研究,含有的一些理化成分可以阻断肺部相关致病细胞信号转导通路、参与致病相关的酶的调控等,从而防治肺部疾病.而PM2.5进入肺部,表现出类似的病理特点,因此,茶叶对PM2.5所致肺部疾病的防治,将有巨大的医学研究价值和广阔的市场前景.

茶叶及其提取物中的有机成分能影响一些急性或慢性疾病的发病机理,甚至可以预防肿瘤的发生和在抗肿瘤的机制上起到很重要的作用.国内外有很多研究表明茶叶及其提取物能防治各种肺部疾病.Yang[17]等的实验研究也表明喝茶可以抑制肺癌及肿瘤的发生.Banerjee和Maity[18]等研究了红茶对香烟引起的细胞凋亡和肺损伤的防治作用及其机理.Bonner和Rothman[19]的试验结果表明绿茶可以降低得肺癌的风险,其可能原因是喝茶可以抑制氧化应激和DNA损伤.刘英莉等[20]通过动物实验研究表明茶多酚对石英粉尘引起的脂质过氧化损伤有一定的保护作用.Ganguly, C.[21]等研究了茶多酚对高度转移性肺癌细胞株NCI-H460的增殖及凋亡的影响及相关的基因表达,表明茶多酚可以抑制肺癌细胞的生长和存活.Milligan等[22]的研究表明EGCG是细胞增殖的有效抑制剂,可以抑制一些肺癌细胞株中的细胞增殖、C-Met受体、EGFR激酶活性的能力.Lu, Q. Y.[23]等研究发现绿茶提取物是一种重要的抗炎介质,参与肺部致癌作用的关键炎症通路C0X-2, 诱导癌细胞凋亡,探讨了预防肺癌和其他相关炎症的机制.李晓焕[24]通过研究小鼠肺损伤的机制、小鼠肺组织形态学改变、血清中炎症因子指标的改变及肺组织中炎症因子的差异性表达等证明了茶多酚对烟熏致肺损伤小鼠有一定的保护作用.莫贵艳[25]的研究表明茶氨酸可以在一定程度上抑制内皮细胞增殖,诱导内皮细胞凋亡,抑制内皮细胞体外血管形成,从而抑制裸鼠移植瘤新生血管的形成.不同的茶有不同的对NHBE细胞保护作用.GCGC和GA的主要活性成分是茶利用主成分分析法(PCA)对肺癌化学预防.Jin, P.和Zhu, F. X.[26]认为不同的茶对NHBE细胞有不同的保护作用,GCGC和GA是茶中预防肺癌的主要活性成分.王利兵[27]研究发现茶多酚防治低氧性肺动脉高压可能是通过促进Smac与caspase-3表达,进而促进肺动脉平滑肌细胞凋亡来实现.Pan, J[28]等通过对RNA序列进行分析,发现了绿茶抑制肺肿瘤的形成的主要途径是AP-1.Zhou, H.[29]等试验研究了EGCG在小鼠肺癌中mRNA的基因调控中的作用,发现EGCG对肺癌的发生有一定的防治作用.徐丽倩[30]等试验研究了茶多酚和黄芩苷对百草枯中毒大鼠血清及肺组织TGF-β1和HIF-1α表达的影响,试验结果表明:茶多酚、黄芩苷对急性PQ中毒大鼠血清及肺组织TGF-β1、HIF-1α表达有下调作用,可见,茶多酚和黄芩苷可以防治各种肺部疾病.Lu, Q. Y.[31]等通过绿茶对非小细胞肺癌细胞的抑制研究,提供了一种预防肺癌和其它炎症疾病的新的研究机制.

3　展望

虽然我国已有了保护环境的意识及相应措施,但治理效果不容乐观,生存在雾霾天中的人们依旧深受其害.由于PM2.5是一种复杂的复合物,其导致肺部疾病的不利元素可能会随着季节、环境而不同,对肺组织损伤的程度和机制也会相应发生变化[32,33],所以目前市场上预防PM2.5所造成伤害的药物并不多见.面对已被严重污染的大气环境以及由PM2.5导致的越来越多的肺部疾病,开发预防治疗肺部疾病的有效药物已是重要课题.而茶叶作为含有各种功能成分的饮品,用饮茶来减少PM2.5给身体带来的伤害也越来越被认可.从相关研究文献可知,茶叶及其提取物可预防肺部疾病的发生,消除自由基,抵制炎症反应等,因此,展开茶叶对PM2.5所致肺部疾病的防治作用机理研究,并用于临床试验,不仅可以促进人们对茶叶的普遍饮用,发挥茶叶的保健作用,并且可以为茶叶保健功能的研究与保健产品的开发利用提供理论依据.

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Research progress of the Lung diseases caused by PM2.5 and the Prevention and cure effect of tea on lung diseases

HONG Le-le1,3,CHEN Yu-hong1,3,LI Qin1,2*,HUANG Jian-an1,2,LIU Zhong-hua1,2*
(1.Key Laboratory of Tea Science of Ministry of Education, Hunan Agricultural University,Changsha 410128, China; 2. National Research Center of Engineering Technology for Utilization of Functional Ingredients from Botanicals,Changsha 410128, China;3. Hunan Co-Innovation Center for Utilization of Botanical Functional Ingredients, Changsha 410128, China)

PM2.5 refers to the particulate matter whose diamete is less than or equal to 2.5 microns, also known as fine particulate matter with poisonous and harmful substances, causing lung diseases easily.Tea contains a variety of nutrients such as polyphenols, flavonoids, theaflavins, having a good effect for the prevention and treatment of lung disease. This paper took the toxicity of PM2.5 and the health care function of tea as a starting point of the research, discussed the lung injury caused by PM2.5 and the prevention and cure function of tea to the harm, providing a theoretical basis for preventing the diseases caused by PM2.5 and the development and utilization of tea.

PM2.5, Tea, Lung injury, Prevention and cure function

S571.1,R285.5

A

1009-525X(2016)02-08-12

2016-03-10

2016-04-21

湖南省重大科技项目(2013FJ007)

洪乐乐(1991-),女,湖南岳阳人,在读硕士研究生,研究方向:茶叶加工及功能成分化学.

李勤,liqinvip@126.com; 刘仲华,larkin-liu@163.com