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中国科学院官方账号~40分钟前 一百多年前的中国，鲁迅先生一篇振聋发聩的白话文小说《药》，让读者对“人血馒头”和“谈痨色变”记忆犹新。一百多年来，肺结核、肺炎、肺纤维化、肺癌等肺部疾病在我国发病率颇高。近年来，我国多地频繁遭遇严重雾霾天气，特别是生活在北京及我国中东部的民众，每到冬季，雾霾便不期而至，让人不胜其烦。雾霾天到底对我们的肺健康有多大的影响呢？ （图片来自网络） 肺是人体重要的呼吸器官。人正常生存需要吸入氧气，呼出人体代谢产生的二氧化碳，氧气通过吸气从外环境进入肺泡，二氧化碳从肺泡通过呼气排除体外，这一系列的过程即肺的通气功能。实现正常肺通气功能依赖于肺的结构：1型和2型肺泡上皮细胞组成的肺泡是肺部气体交换功能的基本保障。 一个小的肺泡单元就像是一个芝麻麻薯，内部呈空心结构，外表皮由1型肺泡上皮代表的麻薯皮和2型肺泡上皮代表的芝麻构成。1型肺泡上皮细胞扁而薄，表面积大，参与构成气血屏障，行使气体交换的功能；2型肺泡上皮细胞呈立方形或球形，分泌多种物质覆盖肺泡，起到调节肺泡水分，维持肺泡正常舒张状态的作用。此外，2型肺泡上皮细胞还能够在1型细胞受损后，分化补充受损的1型细胞（图1）。 图1 两种肺泡细胞功能简图 肺泡作为气体交换的主要场所，会直接受到外环境的影响。肺属五脏之一，但肺与其他四脏不同，它不但居于胸腔内，还通过口鼻与外界直接相通。肺脏的生理功能，往往因外环境变化而直接受到影响。虽然肺是人体与外界的第一道防线，但肺也是最娇嫩的器官之一，这对于毒理学研究而言就十分棘手，很难去找到一个能够恰当的模型来研究外环境对肺的影响。 近期，Environmental Science & Technology在线发表了题为Development of Human Lung Induction Models for Air Pollutants' Toxicity Assessment 的文章，该研究使用非常贴近人体真实情况的胚胎干细胞肺分化模型，研究了雾霾对人肺的毒性效应。该研究由中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室的Francesco Faiola研究组、刘思金研究组、汪海林研究组和刘倩研究组共同合作完成。 由于肺泡细胞难以从人体中分离，并且即使成功分离也难以在体外增殖，因此不适用于进行体外的毒性研究。为解决以上难题，本研究采用可以无限增殖的人胚胎干细胞作为肺泡细胞的来源，通过诱导分化，获得能够分泌肺表面活性物质二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）的2型肺泡上皮细胞。基于上述细胞，构建了单层肺细胞模型和类似于肺泡的三维肺细胞模型，检测了雾霾的三种主要成分——苯并芘、纳米二氧化硅和碳纳米颗粒的毒性。 经过研究发现，多环芳烃苯并芘在极低剂量时（纳摩尔级）即可导致2型肺泡上皮细胞产生氧化应激反应，抑制细胞的生长和分化。与苯并吡不同，较低剂量纳米二氧化硅和碳纳米颗粒不会导致细胞产生激烈的应激反应，然而，使用透射电镜和质谱检测细胞的亚显微结构和胞浆成分可以发现这两种纳米颗粒均能够进入肺泡细胞（图2）。此外，纳米二氧化硅暴露还会干扰肺泡的正常功能，导致细胞DPPC分泌量显著降低。 图2 纳米颗粒会进入肺泡细胞 从以上的研究结果非常直观的显示出，雾霾不仅会进入肺泡细胞内部，还会使肺泡细胞产生应激反应，影响肺泡细胞的正常功能。在真实环境中，雾霾中的颗粒物往往还会携带致病菌等病原微生物，严重威胁人体健康。雾霾的多种危害中，首当其冲是肺部的伤害，颗粒物、致病菌具有很强的穿透力，鼻腔纤毛和呼吸道很难阻挡，会随着呼吸直达肺泡。长期吸入雾霾，势必对人体健康造成严重损害。 在此，呼吁大家在雾霾污染严重的时候，要减少外出，室内开启净化设备，出门最好戴上防霾口罩，减少雾霾吸入，保持肺部健康。同时，我们要注意合理饮食，调节我们在雾霾天的情绪，正常机体的生理生化以及免疫机能，是我们抵抗污染物影响的保障。 作者：刘抒羽、杨仁君、Francesco Faiola 来源：中国科学院生态环境研究中心 |
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