《Environmental Research》：Chronic exposure to aerosolized PM
2.5 in rats alters plasma protein levels and
ex vivo coronary artery response to Sphingosine-1-phosphate
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摘要越来越多的证据表明，空气污染暴露在心血管疾病的发生与发展中起着关键作用。直径小于2.5微米的空气颗粒物（PM2.5）会引发全身性炎症、氧化应激和血管功能障碍，从而增加高血压、动脉粥样硬化、中风和心肌梗死的发病风险。了解这些疾病的病理机制及其发展过程对于制定针对性干预措施、减轻
摘要
越来越多的证据表明，空气污染暴露在心血管疾病的发生与发展中起着关键作用。直径小于2.5微米的空气颗粒物（PM2.5）会引发全身性炎症、氧化应激和血管功能障碍，从而增加高血压、动脉粥样硬化、中风和心肌梗死的发病风险。了解这些疾病的病理机制及其发展过程对于制定针对性干预措施、减轻空气污染带来的全球心血管负担至关重要。本研究旨在探讨不同浓度的PM2.5暴露如何影响冠状动脉的血管运动反应。我们使用在城市环境中采集的已知特性的PM2.5，让大鼠接触重新气溶胶化的PM2.5，以此模拟不同场景下的空气污染暴露情况，比如急性高剂量暴露与慢性低剂量暴露。我们通过金属丝肌图仪，对暴露于PM2.5的大鼠及其对照组进行离体研究，观察其血管张力变化。同时，还通过检测血浆中可溶性鞘氨醇-1-磷酸（S1P）和内皮素-1（ET-1）等生物标志物，以及通过免疫组化方法分析冠状动脉，来评估全身性影响。在我们的实验研究中，我们发现只有长期暴露所积累的剂量才会对血管和血浆生物标志物的相关指标产生显著影响。长期暴露后，冠状动脉的S1P介导的血管运动反应发生改变，血浆中的总蛋白水平以及ET-1浓度也显著下降。这表明长期PM2.5暴露会对心血管健康造成严重影响，同时也凸显出采取医疗干预措施以及加强空气污染治理的重要性。
引言
空气污染是全球范围内导致疾病和死亡的重要原因。根据世界卫生组织的数据，全球99%的人口所处地区的空气污染程度超过了现行空气质量标准（WHO 2024）。直径小于2.5微米的颗粒物（PM2.5）因其体积极小，一旦被吸入就能深入肺部，因而成为主要的健康隐患，会对人体健康造成严重危害（J. Chen and G. Hoek 2020）。健康影响研究所的最新报告估计，室外PM2.5导致了490万人死亡（Health Effects Institute 2025）。空气污染在吸入后会直接对人体造成伤害，局部暴露会刺激呼吸道细胞并激活免疫系统。此外，还有证据表明空气污染会对多个器官产生影响，包括心脏和全身循环系统，同时还会影响大脑，表现为神经炎症和认知功能下降（G. Grande et al. 2020; A. K. Geto et al. 2025）。多项研究指出，PM2.5相关的疾病发病率和死亡率与心血管疾病密切相关（A. J. Cohen et al. 2017; V. C. Pun et al. 2017; R. B. Hayes et al. 2020; M. R. Miller 2020; M. R. Miller and D. E. Newby 2020）。
尽管几乎所有全球人口都处于可能增加疾病风险的空气污染环境中，但关于吸入的颗粒物究竟是如何引发心血管不良事件的生物学机制，目前仍缺乏足够了解（S. Liang et al. 2020; M. R. Miller and D. E. Newby 2020）。了解这些机制对于制定科学有效的预防策略非常重要，同时也有助于为有心血管疾病风险的患者开发相应的药物治疗方案（A. Kunovac et al. 2020）。内皮功能紊乱加上动脉张力异常，被认为是心血管疾病发展的重要因素（F. D. Fuchs and P. K. Whelton 2020; C. E. Evans et al. 2021）。这些因素最近也被认为是PM2.5暴露引发的病理反应机制（S. Liang et al. 2020）。已知鞘氨醇-1-磷酸（S1P）和内皮素-1（ET-1）是调控血管张力和内皮完整性的重要物质。因此，本研究选择了这两种物质，探讨大鼠在暴露于气溶胶化PM2.5后的冠状动脉反应差异。
S1P是一种鞘脂类介质，在生理和病理过程中都发挥着多种作用（M. Maceyka et al. 2012; A. Cartier and T. Hla 2019）。S1P受体（S1PR）信号传导在调节血管内皮的炎症反应中起着关键作用（H. Obinata and T. Hla 2019）。S1P通过S1PR1、S1PR2和S1PR3受体发挥作用，对维持动脉完整性以及在一定程度上调控血管张力具有重要意义。因此，通过这些受体传递的S1P信号可能参与了多种心血管疾病的发展过程（K. J. Sattler et al. 2010; M. Knapp et al. 2013; E. Jozefczuk et al. 2020; J. Liu et al. 2020; A. Jujic et al. 2021; S. Lu et al. 2021）。
ET-1是一种动脉收缩剂，主要通过激活ET-1受体A（ETA）来发挥作用（M. Houde et al. 2016）。ET-1除了通过引起血管收缩而与高血压和心脏重构有关外，还参与调节肾脏的钠排泄功能（M. Jankowich and G. Choudhary 2020）。一项针对大鼠的长期暴露研究显示，暴露于气溶胶化PM2.5的大鼠冠状动脉的ET-1收缩作用更为明显（Ulrikke Voss et al. 2022）。S1P受体和ET-1受体在血管内皮中含量丰富，它们通过G蛋白偶联受体发挥作用（G. Viswanathan et al. 2018; N. Wang et al. 2023）。血管反应是由G蛋白偶联α受体介导的，该过程会引发涉及磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）和细胞外信号调节激酶（ERK）的下游磷酸化反应（M. Anwar and D. Mehta 2020）。
本研究旨在进一步了解PM暴露对心血管系统的影响，重点研究与S1P和ET-1系统相关的机制。研究中，我们让大鼠暴露于城市环境中的PM2.5，观察其血管系统发生的改变。我们使用金属丝肌图仪检测冠状动脉对S1P和ET-1的反应程度，通过免疫组化方法分析冠状动脉中这些受体的表达情况，同时检测血浆中S1P和ET-1的水平差异，以此更深入地了解PM2.5暴露导致血管功能失调的机制。这是首项利用环境中的PM2.5研究内皮功能的研究，探讨了在健康动物身上不同暴露时间和浓度下的全身暴露效应，同时还对冠状动脉进行了离体研究。
章节节选
试剂制备
为了检测冠状动脉内皮的功能，我们将卡巴胆碱（C4382，Sigma-Aldrich，美国圣路易斯）和P物质（1156，Tocris，英国阿宾登）分别溶解在MilliQ水中，浓度定为10毫摩尔/升和100微摩尔/升。ET-1（155-001-PC05，Alexis biochemicals，美国圣地亚哥）则溶解在含有5%乙酸和0.1%牛血清白蛋白的溶液里，该溶液也配制在MilliQ水中，其浓度为10毫摩尔/升。S1P（1370，Tocris，英国阿宾登）则被溶解
结果
在慢性暴露和急性暴露实验中，PM暴露组与对照组的大鼠体重均无差异。所有大鼠在实验期间整体状况良好。表2总结了不同暴露条件下的描述性统计数据及组间比较结果。
讨论
越来越多的研究表明，空气污染会对人类健康造成危害，其中PM2.5是导致肺部疾病和心血管疾病的重要因素。在本研究中，我们通过检测血浆中与血管张力和完整性相关的标志物，研究了PM2.5暴露对大鼠冠状动脉的影响以及由此产生的全身性效应。
众所周知，空气污染会导致血管内皮表面功能受损，进而使动脉
作者贡献说明
Fanny Bergman：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，项目管理，方法学研究，实验实施，数据分析，数据整理，概念构思。Lena Uller：论文撰写——审阅与编辑，研究指导，资源协调，项目管理，资金筹集，概念构思。Irma Mahmutovic Persson：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿撰写，结果验证，项目管理，方法学研究，实验实施，数据分析。Christina Isaxon：论文撰写——审阅与
未引用参考文献
Bergman等人，2024年；Fuchs和Whelton，2020年；Han等人，2010年；Miller和Newby，2020年；Pope和Dockery，2006年；Voss等人，2022年；Ziegler和Graler，2021年。
资金来源
本研究得到了Formas机构（编号：2019-00320）和克劳福德基金会（编号：20200673）的资助。用于研究的城市PM2.5样本是在AFA保险公司的资助下采集并完成特性分析的（编号：160226）。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
5. 致谢
作者感谢隆德大学实验血管研究室的Karin Warfvinge教授，感谢她对免疫组化数据的专业分析；同时也要感谢Lars Edvinsson教授，感谢他允许我们使用肌图仪和显微镜。此外，作者还要感谢隆德大学血管生物学实验室的Anja Meissner和Frank Matthes，感谢他们在我们进行S1P血浆分析时给予的帮助。
Irma Mahmutovic Persson|Fanny Bergman|Lena Uller|Christina Isaxon|Lena Ohlsson
瑞典隆德大学医学部实验医学科学系呼吸免疫药理学研究室
