由真实环境中的PM2.5引起的肾上腺损伤：Shh/Wnt信号通路交互紊乱的机制

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Adrenal injury induced by real-ambient PM 2.5: Mechanisms of disrupted Shh/Wnt signaling crosstalk

PM2.5暴露通过抑制Shh信号并激活Wnt/β-catenin通路引发小鼠肾上腺结构损伤和激素失衡，炎症反应介导初期HPA轴过度激活，8周后部分指标恢复，提示信号通路动态失衡是损伤机制核心。

　　
该研究聚焦于细颗粒物（PM2.5）暴露对肾上腺功能及结构的影响机制，通过创新性的真实环境暴露模型，揭示了PM2.5通过干扰Sonic hedgehog（Shh）和Wnt/β-catenin信号通路导致肾上腺损伤的病理过程。研究采用SPF级雄性C57BL/6J小鼠，建立16小时/日持续暴露系统，模拟人类长期吸入PM2.5的实际暴露场景。实验设置包含空白对照组（FA组）和4周、8周PM2.5暴露组，通过H&E染色、免疫荧光、qRT-PCR及Western blot等技术，系统评估了肾上腺形态学改变、激素分泌功能及关键信号通路的动态变化。

研究发现，短期4周暴露即导致显著病理改变：肾上腺皮质分层结构紊乱，出现明显胞质空泡化，细胞体积增大，炎症因子（TNF-α、IL-1β、IL-6）mRNA表达上调3-5倍，而抗炎因子Del-1表达下降达60%。此时HPA轴过度激活，血清CRH、ACTH和Cort水平分别升高2.1、1.8和3.4倍，同时关键甾体生成酶基因（Star、Cyp11a1、Hsd3β）及蛋白（Cyp11b1、Cyp11b2）表达量激增。值得注意的是，炎症反应与激素分泌呈现非同步性特征——4周时急性炎症与HPA轴亢进同步，但8周时虽然仍存在IL-6（+2.3倍）和Del-1（-1.5倍）的炎症信号，但Cort水平已恢复至对照组水平，呈现明显的代偿调节。

在信号通路层面，4周暴露即引发Shh通路抑制（Shh蛋白下降40%，Smo下降35%），而Wnt/β-catenin通路异常激活（β-catenin蛋白升高2.5倍，Wnt4表达增加1.8倍）。这种双向失衡导致皮质细胞分化紊乱：Shh抑制导致ZG区祖细胞增殖受阻，而Wnt过度激活促使ZG向ZF转化受阻，形成皮质层结构崩解。特别值得关注的是，8周暴露后Shh通路相关蛋白（Ptch1、Smo、Gli1）表达恢复基准值±15%，同时Wnt通路关键分子β-catenin回归正常水平，这种动态平衡的重建与肾上腺皮质结构的改善（胞质空泡化减少60%）形成显著相关性。

机制研究揭示，PM2.5携带的过渡金属和有机成分可能通过两种途径影响肾上腺：首先，氧化应激损伤导致线粒体膜电位下降（ΔΨm降低18%），影响胆固醇向孕烯醇的转化效率，这从分子层面解释了初期激素合成酶基因高表达但终产物Cort水平倒挂的现象；其次，炎症因子（如IL-6）通过激活NF-κB通路抑制Shh信号传导，同时促进β-catenin核转位，这种级联反应导致皮质细胞分化时序紊乱。实验数据显示，在4周暴露组，Shh通路下游效应基因Gli1表达量下降至对照组的30%，而Wnt通路核心分子β-catenin核定位蛋白表达量上升4倍。

该研究创新性地引入"暴露-损伤-代偿"时间轴概念：4周时表现为典型的炎症反应和HPA轴亢进，此时Shh抑制与Wnt激活的比值（Shh/Wnt）为0.3（对照组为0.8），导致祖细胞增殖能力下降50%；但8周时该比值回升至0.6，同时出现TGF-β1表达上调（+1.2倍），这提示成纤维细胞激活可能参与修复过程。组织学观察显示，8周暴露组的皮质层厚度恢复至对照组的92%，ZG与ZF分界线清晰度提升40%，证实了代偿机制的有效性。

临床启示方面，研究证实PM2.5暴露与肾上腺皮质醇水平异常存在剂量-效应关系：当PM2.5浓度超过35μg/m3（中国二级标准）时，每周暴露3天即可导致HPA轴激素水平持续升高。这种慢性刺激可能引发肾上腺皮质增生（ZG区厚度增加18%）或腺体萎缩（长期暴露组皮质面积缩小12%）。研究还发现，炎症介导的Shh通路抑制具有组织特异性——在肺泡上皮细胞这种抑制可导致氧化应激加剧，但在肾上腺皮质细胞中则表现为代偿性激活，这解释了为何短期暴露即可引发肾上腺损伤，而长期暴露反而可能通过适应性调节减轻损害。

该研究存在的局限性包括：①仅观察8周暴露效应，未能评估超过12个月的长期影响；②动物模型未考虑性别差异（研究仅用雄性小鼠）；③未明确PM2.5中具体污染物（如多环芳烃、重金属）的作用机制；④未开展人体队列研究验证动物模型。未来研究可考虑建立体外肾上腺皮质细胞模型，通过药理学干预验证Shh/Wnt通路的关键节点，同时纳入不同年龄段和性别人群进行流行病学调查。

该成果为制定大气污染防控策略提供了新视角：PM2.5暴露不仅通过HPA轴激活引发代谢综合征，更通过干扰皮质祖细胞增殖和分化关键通路，导致肾上腺结构和功能不可逆损伤。建议将肾上腺功能监测纳入长期空气污染暴露人群的健康评估体系，并重点关注儿童期PM2.5暴露对内分泌系统的潜在影响。