生命早期碳质超细颗粒暴露诱导肾脏形态学改变：基于病理组学的研究路径

针对环境超细碳颗粒（UFPC）对肾脏发育的潜在危害，比利时哈塞尔特大学团队通过多阶段暴露实验，结合AI病理组学技术，首次揭示产前/产后UFPC暴露会导致肾皮质/髓质区域重构、肾小管形态异常及间质面积增加，为环境污染物致肾脏发育毒性机制研究提供新范式。

　　

随着城市化进程加速，空气污染中的超细颗粒物（UFP）已成为威胁人类健康的隐形杀手。这些直径小于0.1微米的"纳米级刺客"——尤其是来自柴油发动机的碳质超细颗粒（UFP^C），因其超高比表面积和穿透力，不仅能入侵肺部，还能突破血脑屏障、胎盘屏障甚至肾脏滤过系统。尽管已有研究在肾脏组织中检测到UFP^C的踪迹，但这些"不速之客"究竟会对肾脏微结构造成何种影响，始终是环境健康领域的未解之谜。更令人担忧的是，生命早期作为器官发育的关键窗口期，其暴露效应可能通过"发育程序化"机制产生终身影响。

比利时哈塞尔特大学环境科学中心（Centre for Environmental Sciences, Hasselt University）的Leen Rasking团队在《Environmental Research》发表的研究，首次采用"病理组学"（Pathomics）这一前沿技术，系统解析了UFP^C在不同发育阶段暴露对肾脏显微结构的特异性损伤模式。研究人员设计了三阶段暴露方案：产前（妊娠第8-9天+16-17天）、产后（出生后4-7天+10-13天）及成年再暴露（出生后142-145天），通过非白炽白光成像技术追踪UFP^C分布，并运用人工智能辅助的NGM算法对20万+个肾脏微结构（包括动脉、肾小球、肾小管）进行定量分析。

【主要技术方法】
研究采用C57BL/6J小鼠模型，通过全身暴露系统控制UFP^C浓度（450 μg/m³），使用飞秒脉冲照明下的非相干白光成像检测颗粒沉积。通过全切片扫描和深度学习算法（NGM）实现肾脏结构的自动化定量，包括肾小球密度、肾小管形态学参数（圆度、坚实度）和间质面积占比等206项特征指标。

【研究结果】

1. 皮质-髓质重构：产前+产后联合暴露组（PrePostPR）表现出皮质区域显著缩小（p<0.05）和髓质区域扩大，效应量Cohen's d达-0.61。
2. 肾小球异常：仅产后暴露组肾小球数量较对照组增加11%（p<0.01），提示发育期暴露可能干扰肾单位形成。
3. 肾小管损伤：产前暴露组出现肾小管面积缩小、形态扭曲（圆度降低23%，坚实度下降18%，p<0.02），呈现"微缩-畸形"双重表型。
4. 间质纤维化：所有暴露组间质面积增加5-8%（p<0.05），其中PrePostPR组与UFP^C沉积量呈显著负相关（r=-0.42）。

【结论与意义】
该研究首次建立UFP^C暴露与肾脏微结构改变的剂量-效应关系，揭示出三个关键发现：① 肾小管系统对UFP^C敏感性高于肾小球和血管；② 产前暴露导致的肾小管形态异常具有不可逆性；③ 间质扩张与颗粒沉积呈"悖论性"负相关，提示可能存在代偿性纤维化修复。这些发现为"发育源性肾脏疾病"理论提供了实验依据，提示环境UFP暴露可能通过改变肾脏微架构而增加远期慢性肾病风险。研究者特别指出，传统病理学检查易忽略的亚临床结构改变，通过病理组学技术可被灵敏捕获，这为环境健康风险评估开辟了新维度。

该研究的创新性在于突破性地将合成UFP^C模型与多时点暴露设计相结合，排除了真实环境中混合污染物的干扰，确证了纯碳核颗粒的独立毒性。未来研究需进一步阐明UFP^C在肾组织内的精确分布规律及其与氧化应激通路的关联，这些发现或将推动修订针对孕妇和婴幼儿的环境空气质量标准。