柴油车尾气颗粒物的研究进展

张彦璐，俞敬爱，应国清

（浙江工业大学， 浙江 杭州 310014）

1 柴油车尾气颗粒物概述

柴油车尾气颗粒物（Diesel Exhaust Particles，DEP）是由柴油燃烧产生的，表面附着数百种化学物质和过渡金属并且核心为碳元素，还可以根据其聚集体的大小分为细颗粒 （粒径为2.5～1μm）和超细颗粒 （粒径＜0.1μm）[1]。它是大气颗粒物（particulate matter，PM）的细颗粒物（PM2.5）和超细颗粒物（PM0.1）的主要成分，普遍存在于环境空气中[2]。研究证明，DEP的碳核表面吸附的多环芳烃（Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAH） 和醌等有机化合物及它们在反应中的代谢物中可以通过氧化还原反应产生活性氧，并对机体造成氧化损伤[3]。此外，DEP可以通过降低宿主防御感染能力，调节应激反应以及增加血小板活化加速动脉血栓形成[4]，与人类的心血管以及呼吸道等疾病密切相关[5-6]。

2 DEP介导的氧化应激反应

ERK1-2激活转录因子Nrf2是细胞对氧化应激反应的关键调节因子。虽然DEP可以引发Nrf2转位至细胞核，激活抗氧化酶HO-1的转录，增加细胞抗氧化能力。但同时也发现，DEP可以诱导ERK1-2磷酸化，从而降低Nrf2的表达，进而使细胞抗氧化酶水平降低，导致细胞氧化损伤[7]。

实验表明：DEP可以诱导细胞中的活性氧物质（Reactive Oxygen Species，ROS）（例如超氧化物阴离子和H2O2）的生成[8]，而且随着时间的增加，细胞的氧化应激性也随之增强，细胞中先后出现脂质过氧化作用增加和蛋白质氧化作用增加[9]。这可能与脂质代谢失调和巨噬细胞泡沫细胞形成有关[10]。此外，DEP还可能导致促炎性因子TNF-α，IL-6，IL-8，IL-1β， 促炎性趋化因子 CXCL8，以及CXCL8蛋白的释放[11]，促进和加剧ROS在缺血后损伤中的作用[12-13]。研究还发现DEP诱导的TNF-α在肺部炎症中起到调节作用，并且TNFR2是介导这些炎症反应最重要的受体[14]。

3 DEP对气道疾病的影响

先前的实验研究表明，DEP可能导致肺纤维化，水肿性改变，慢性肺泡炎，气道高反应和支气管炎等[15]。它可以直接进入气道，调节先天免疫和适应性免疫，在肺部引发炎症，造成肺功能受损，并且它还可能与过敏性气道炎症有关[1，16-17]。研究发现DEP可以显著调节特异性miRNA和支气管免疫反应相关基因的表达[18-19]。研究人员通过研究DEP与过敏及非过敏儿童的哮喘患病率之间的关系，发现DEP通过招募Th2/Th17细胞积聚在肺中，加强次级过敏原反应从而促进过敏性哮喘的发展[17，20]。

DEP可以激活细胞内信号传导途径并诱导代谢变化。研究证明，DEP能够激活酸性粘液产生，增强空泡化并且增加c-Jun N端激酶（JNK）的磷酸化，从而导致气道疾病[21]。

DEP的超细颗粒（粒径＜0.1μm）能够深入肺部并沉积在肺泡中，从而减弱肺泡巨噬细胞的吞噬作用，从而影响肺的免疫和免疫应答[22]。研究发现，长期接触DEP，会增加小鼠气道高反应性，加剧炎症反应，导致肺纤维化以及肺部杯状细胞增生[23]。

IL-17A涉及哮喘发病机制的许多方面，包括诱导嗜中性粒细胞炎症，气道高反应性和气道重塑等。研究显示，DEP不仅可以使Th17细胞增殖并提高IL-17A含量，而且还可以通过ROS/NF-κB途径刺激气道上皮中的IL-17A表达，从而加剧DEP介导的哮喘的恶化[24]。

4 DEP与燃料添加剂的协同反应

铈化合物作为燃料传递催化剂以降低DEP的产生，但是它会作为氧化铈纳米颗粒（CeO2）与DEP一起排放，两者协同反应会加剧炎症反应[25]。生物柴油中添加的脂肪酸甲酯和加氢植物油与DEP协同作用可以高效地诱导IL-6和CXCL8的表达，增加DEP的促炎能力[26]。

DEP中PAHs和极性芳香族化合物都可以促进AhR活化和细胞毒性/遗传毒性效应，并且引发DNA甲基化，造成DNA损伤，从而诱导Chk1或Chk2磷酸化，最终导致细胞凋亡[27-28]。

5 DEP的潜在靶标及保护剂

DEP可以诱导支气管上皮细胞中的神经酰胺的表达，所以它可能是DEP诱导的肺部的敏感生物标志物。在DEP引起的气道炎症早期阶段，神经酰胺可能有助于DEP发挥作用，被认为是低水平DE暴露期间潜在的肺部靶标[29]。

临床和实验研究报道，接触DEP与炎症，氧化应激和肺功能受损有关。研究发现，用大黄素治疗可以缓解机体由DEP诱导的气道阻力增加，并阻止支气管肺泡灌洗液中的中性粒细胞的募集，减轻肺炎症和氧化应激性。同样，肺组织病理学证实大黄素对DEP诱导的肺炎症具有保护作用。所以大黄素可能是一种潜在的肺部保护剂，能够抵抗DEP引起的肺毒性[30]。

DEP通过粘连连接的破坏影响血管通透性，对脉管系统造成不良影响，如急性心肌梗塞和动脉粥样硬化。研究发现，DEP可以刺激ATP消耗，随后其肌动蛋白细胞骨架去极化，再依次抑制PI3K/Akt活性并诱导内皮细胞凋亡。而添加N-乙酰半胱氨酸可以有效降低DEP的细胞毒性[31]，被认为是一种潜在的血管保护剂。

IL-4和IFN-γ启动子CpG位点的甲基化与Th2极化有关。DEP能促进IgE表达，从而诱导FN-γ 启动子的 CpG245，CpG253，CpG2205 位点处的超甲基化，并在IL-4启动子的CpG2408处发生低甲基化。证明DEP会影响体内Th2型基因的甲基化，发现了哮喘发病机制的新机制[32]。

诺卡酮是葡萄柚的一种成分，具有抗氧化和抗炎作用。研究发现，用诺卡酮预处理可以显著地阻止DEP诱导的体内气道阻力增加，减弱支气管肺泡灌洗液中的中性粒细胞浸润及肺间质中的巨噬细胞和嗜中性粒细胞浸润。研究证明，诺卡酮通过抑制NF-κB活化的机制阻止DEP诱导的气道阻力增加，肺部炎症，氧化应激以及随后的DNA损伤和细胞凋亡。因此，诺卡酮被认为是一种有效的空气污染诱发的气道疾病的保护剂[33]。

6 总结与展望

随着社会的发展，环境污染的问题日益凸显，严重危害到人类的健康。在诸多环境污染的问题中，空气污染尤其引人注目。无论是秋冬季节严重的雾霾，工业废气，还是汽车尾气，都会对人体造成各种伤害，诱发各类疾病，而且DEP在呼吸道疾病中的危害尤为严重。但是目前关于DEP的研究报道并不是很多，而且关于DEP也没有更详细的分类和更全面的组成成分研究，且其成分的毒理作用及诱发各类疾病的机理没有系统的总结归纳，对潜在的或更持久的伤害没有更深入的认识和更高的警惕。

希望未来能有更多的临床实验探究DEP成分及其危害，探寻其致病机理，寻找作用靶点以及潜在的治疗方案，并且通过制定相应的标准和措施来治理空气污染问题，为预防和治疗其诱发的疾病提供新的思路和方法。