臭氧暴露通过肺微生物群失调激活海马小胶质细胞的机制研究及其在神经炎症中的作用

推荐：本研究针对臭氧(O3)污染引发的神经炎症问题，通过大鼠模型揭示O3暴露导致肺微生物群失调（尤其假单胞菌属富集），触发中性粒细胞胞外诱捕网(NETs)释放，进而通过P2X4R/NLRP3通路激活海马小胶质细胞。该研究首次阐明肺-脑轴中微生物-免疫-神经的级联机制，为环境污染物致神经退行性疾病提供新干预靶点。

　　

【研究背景】
随着城市化进程加速，地表臭氧(O₃)污染已成为全球性公共卫生危机。这种由氮氧化物和挥发性有机物在阳光下二次形成的强氧化性气体，不仅损害呼吸系统，近年更被发现与认知功能障碍、阿尔茨海默病等神经退行性疾病密切相关。然而，O₃如何跨越血脑屏障影响中枢神经系统，始终是学界未解的谜题。与此同时，肺微生物群作为"第二基因组"的角色逐渐被重视——健康人肺内定植着10³-10⁵细菌/克组织，其失衡与哮喘、慢阻肺等疾病相关。更引人注目的是，最新研究提示肺菌群可能通过免疫调节影响脑功能，形成独特的"肺-脑轴"。

在此背景下，河北医科大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表创新性研究，首次揭示O₃通过改变肺微生物群落结构（特别是促进铜绿假单胞菌增殖），诱导循环系统中性粒细胞释放NETs，进而激活海马区P2X4R/NLRP3信号通路，最终导致小胶质细胞介导的神经炎症。这一发现为环境污染物致神经损伤提供了全新的"微生物-免疫-神经"跨轴机制解释。

【关键技术】
研究采用Sprague-Dawley大鼠建立40天O₃暴露模型（0.25-1.0 ppm，4小时/天），通过16S rRNA测序分析肺微生物群变化，ELISA检测血清NETs标志物MPO-DNA复合物，Western blotting检测海马P2X4R/NLRP3通路蛋白表达，并利用BV-2小胶质细胞系进行体外验证实验，结合P2X4R特异性抑制剂5-BDBD进行功能回补实验。

【研究结果】

3.1 O₃对肺组织的影响
H&E染色显示1.0 ppm O₃组出现肺泡间隔增厚和炎性浸润，Western blotting证实紧密连接蛋白Occludin表达显著降低，提示肺泡-毛细血管屏障损伤。

3.2 肺微生物群变化
16S测序显示1.0 ppm组微生物α多样性降低，PCoA分析表明β多样性显著改变。LEfSe分析鉴定出假单胞菌科(Pseudomonadaceae)为最显著差异菌群，其中铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)相对丰度增加3.2倍。

3.5 NETs释放特征
O₃暴露组血清中性粒细胞绝对值下降21%，而MPO-DNA复合物水平升高2.5倍。免疫荧光证实海马区髓过氧化物酶(MPO)和瓜氨酸化组蛋白H3(cit-H3)表达增加，提示NETs穿透血脑屏障。

3.6 海马损伤机制
1.0 ppm组海马神经元排列松散，P2X4R和NLRP3蛋白表达分别上调2.1倍和1.8倍，促炎因子IL-1β升高2.3倍，抗炎因子IL-10降低40%。

3.8 体外验证
BV-2细胞经O₃血清处理后，P2X4R抑制剂5-BDBD使NLRP3表达降低57%，IL-1β分泌减少62%，证实P2X4R/NLRP3通路的枢纽作用。

【结论与意义】
该研究首次构建"O₃-肺菌群-NETs-神经炎症"的完整作用链条：
1）慢性O₃暴露导致肺微生物生态失调，促进条件致病菌铜绿假单胞菌定植；
2）菌群紊乱触发全身性NETs风暴，其携带的活性物质突破血脑屏障；
3）NETs通过激活小胶质细胞P2X4受体，启动NLRP3炎症小体，释放IL-1β等神经毒性因子。

这一发现不仅为环境污染物致神经退行性疾病提供新的生物标志物（如血清NETs水平），更揭示P2X4R可作为潜在治疗靶点。研究创新性地将传统毒理学与微生物组学、神经免疫学交叉融合，为理解肺-脑轴调控机制开辟了新视角。未来通过调节肺微生物组成或阻断NETs释放，或将成为预防O₃相关神经损伤的有效策略。