木烟与柴油尾气对人支气管上皮细胞转录组的差异性调控机制研究

本研究首次在相同PM2.5浓度下对比木烟(WS)与柴油尾气(DE)对人支气管上皮细胞(HBEC)的差异影响。通过ALI培养系统和RNA-seq技术，发现两者分别调控159和439个差异基因，涉及HIF-1信号、干扰素通路等独特机制，为空气污染成分特异性健康风险评估提供重要依据。

　　

随着气候变化加剧全球野火频率，木烟(WS)排放量激增，而交通相关空气污染(TRAP)的代表性成分柴油尾气(DE)持续威胁城市健康。尽管两者均含可深入肺部的PM_2.5颗粒，但现行法规仅关注浓度而忽略成分差异的健康影响。这一科学盲区促使研究者探索不同污染源的本质差异——毕竟，医院数据显示野火PM_2.5比城市污染导致更高住院率，暗示"同样浓度≠同样毒性"的颠覆性认知。

为破解这一谜题，加拿大不列颠哥伦比亚大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表开创性研究。他们采用空气-液体界面(ALI)培养的原代人支气管上皮细胞(HBEC)，通过CULTEX暴露系统实现300 μg/m³ PM_2.5浓度下WS与DE的精准对比。研究整合RNA测序(RNA-seq)和蛋白质互作网络分析，首次揭示两种污染源在分子层面的"身份特征"。

关键技术方法包括：1) 从健康成人支气管镜获取HBEC进行ALI培养；2) 使用Hatz发动机生成DE、EPA标准松木燃烧产生WS；3) CULTEX系统实现实时暴露控制；4) RNA-seq检测转录组变化；5) Luminex技术分析59种免疫介质；6) CIBERSORTx算法校正细胞组成差异。

3.1 基因表达差异
研究显示DE引发439个差异基因(264↑/175↓)，远多于WS的159个(50↑/109↓)。DE显著上调铁蛋白轻链(FTL)和干扰素刺激基因ISG15，暗示铁代谢紊乱和抗病毒防御机制激活；WS则特异性影响CCDC9(纤毛功能障碍相关基因)和TFPI2(细胞外基质保护因子)。两者仅共享40个差异基因，涉及DNA损伤(如DDB1)和线粒体功能基因。

3.2 通路与网络效应
DE激活HIF-1信号和糖代谢通路，抑制甲状腺激素合成；WS主要影响核糖体亚基和细胞色素复合体。STRING分析发现DE形成包含ISG15的庞大互作网络，而WS基因网络规模较小但富含氧化磷酸化相关基因。特别值得注意的是，DE显著抑制14个宿主抗病毒基因，包括RSAD2和IFIT1等Nrf2调控基因。

3.3 细胞因子特征
DE使12种免疫介质显著变化，总体呈现抑制趋势，特别是降低CXCL5/CXCL6等中性粒细胞趋化因子；WS仅改变1种介质但显著提升IL-7水平。两者对免疫系统的影响呈现负相关(r²=0.01)，凸显成分依赖性效应。

这项研究突破性地证明：即使PM_2.5浓度相同，DE和WS通过不同分子机制影响气道健康——DE可能通过干扰素信号削弱抗病毒防御，WS则更可能干扰能量代谢。该发现直接挑战现行仅以质量浓度为基础的监管体系，为建立"成分-效应"关联的精准评估模型奠定基础。研究采用的ALI-HBEC模型克服了传统细胞系的局限性，其揭示的ISG15等生物标志物可为流行病学研究提供新靶点。未来需要结合CRISPR筛选等技术，进一步解析基因-环境互作机制，特别是对易感人群的保护策略。正如作者强调的，在气候变化与城市化并行的时代，这项研究为制定基于污染源特性的差异化防护措施提供了关键科学依据。