颗粒物与臭氧联合暴露诱导系统性代谢紊乱的代谢组学解析及其心血管毒性机制研究

为揭示PM2.5和O3联合暴露对心血管系统的协同毒性机制，研究人员通过靶向代谢组学技术分析自发性高血压(SH)大鼠血清代谢物变化，发现联合暴露显著扰乱磷脂酰胆碱(PCs)、酰基肉碱C3及谷氨酰胺(Gln)代谢通路，证实了线粒体功能障碍与炎症反应的交互作用，为多污染物协同风险评估提供了分子层面的新证据。

　　

空气污染已成为全球公共卫生的重大威胁，其中细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O₃)作为典型污染物，其单独毒性机制已有较多研究，但两者联合暴露对代谢网络的系统性影响仍不明确。更关键的是，现有研究多聚焦单一污染物，而现实中人类暴露往往是多污染物共存环境。这种认知缺口使得风险评估存在显著局限性，尤其对于高血压等敏感人群的防护策略缺乏精准靶点。

针对这一科学难题，美国环境保护署的研究团队Yue Ge等人在《Current Research in Toxicology》发表创新性研究。该团队采用哈佛大学开发的浓缩环境颗粒物(CAPs)暴露系统，结合靶向代谢组学技术，首次系统揭示了PM2.5与O₃联合暴露引发的代谢紊乱特征及其与心脏组织炎症反应的关联。研究选用自发性高血压(SH)大鼠模型，模拟心血管疾病易感人群，通过4小时急性暴露实验(150 μg/m³ CAPs+0.2 ppm O₃)后采集血清样本，使用Biocrates p180试剂盒检测186种代谢物，并整合前期心脏蛋白质组学数据开展多组学关联分析。

关键技术包括：1) 实时监测的CAPs-O₃动态暴露系统；2) 靶向代谢组学(LC-MS/MS和FIA-MS/MS联用)；3) 采用Benjamin-Hochberg法校正的差异代谢物筛选策略；4) 基于sPLS-DA的多变量模式识别；5) 代谢物-细胞因子(Pearson)相关性网络分析。

研究结果呈现四大关键发现：

血清代谢物变化特征
联合暴露组酰基肉碱C3水平较单独暴露组升高2.9倍，提示β-氧化过程受阻。磷脂代谢呈现双相调节：饱和型PC aa C24:0在CAPs组上升144%，而醚键型PC ae C42:3在联合组下降44%，反映膜脂重构与氧化应激的复杂互作。

暴露特异性代谢模式
sPLS-DA分析显示CAPs组与对照组代谢谱重叠，而联合组形成独立聚类，证实协同效应非简单叠加。值得注意的是，Gln在联合组特异性升高，可能与IL-6介导的氮代谢重编程有关。

脂质-炎症交互网络
相关性分析揭示PC ae C40:1与TNF-α呈强正相关(r=0.65)，而PC aa C24:0与IL-6负相关(r=-0.64)，表明特定脂质分子可能参与炎症信号传导的反馈调节。

跨组学机制验证
代谢组与前期心脏蛋白质组数据交叉验证显示：酰基肉碱C3积累与线粒体蛋白ACO2下调吻合，而Gln升高伴随IL-6表达增加，构成"代谢-炎症-线粒体"三联损伤轴。

讨论部分强调三个突破性认知：首先，醚键磷脂(如PC ae C42:3)的耗竭首次被确认为CAPs-O₃协同毒性的敏感标志物，其抗氧化功能受损可能加速膜脂过氧化。其次，研究揭示了环境污染物干扰能量代谢的新途径——通过抑制酰基肉碱转运体导致脂肪酸β-氧化"代谢瓶颈"。最后，建立的"血清代谢物-心脏细胞因子"关联模型为无创生物监测提供了潜在靶标。

这项研究的核心价值在于突破传统单一污染物研究范式，通过整合多组学数据，构建了从环境暴露到心血管损伤的分子事件链。特别值得注意的是，研究发现联合暴露产生的代谢紊乱程度远超算术叠加效应，这对现行基于单一污染物的空气质量标准提出重要修正启示。未来研究可进一步探索PC ae C42:3等关键代谢物作为易感人群早期预警标志物的转化价值。