综述：沙尘暴对人体健康的毒理学影响：相关分子机制综述

《Science of The Total Environment》：Toxicological impact of sand and dust storms on human health: A review on the molecular mechanisms involved

　　

沙尘暴(SDS)是一种自然事件，强风导致干旱地区沙粒跃移和粉尘悬浮，将颗粒物输送到各大洲和海洋。这些颗粒物主要为石英和黏土等矿物，也可携带生物材料（如细菌、病毒）及自然或人为污染物（如重金属），并在输送过程中改变其化学成分。SDS通过增加颗粒物（PM₁₀和PM_2.5）降低空气质量，构成全球公共卫生挑战，尤其是在气候变化和人类活动导致其频率和强度增加的背景下。本综述旨在概述沙尘毒性机制方面的现有知识。体外和体内研究表明，沙漠尘主要诱导细胞毒性、氧化应激和促炎反应。此外，沙漠尘可加剧细菌或病毒感染的影响。然而，本文还讨论了研究中存在的空白。例如，大多数体内研究集中于亚洲沙尘，而忽视了占全球排放量大部分的撒哈拉沙尘。此外，非呼吸系统（如心血管、神经系统）的研究不足。最后，提出了未来研究展望，如扩展研究涵盖不同类型沙尘、靶器官和暴露方法，或纳入新方法学(NAMs)。弥合这些空白可为具体的公共卫生措施提供依据，因为目前法规将SDS视为一般性颗粒物污染，忽略了其独特特征和特定危害。

1. 引言
1.1 定义
沙尘暴(SDS)是一种天气现象，当强湍流风（沙漠地区约4 m/s至半干旱地区接近10 m/s）将干燥土壤中的沙尘卷扬至大气，并输送至跨越大陆和海洋数千公里的遥远距离时发生。这些输送的颗粒可通过湿沉降和干沉降过程沉积在遥远地点，有时沉积量相当可观。主要自然来源位于干旱和半干旱地区，特别是非洲撒哈拉沙漠（全球最大沙尘源）、亚洲戈壁沙漠和中东阿拉伯沙漠。SDS也可源自干涸湖床，或由不良农业和水管理实践导致植被剥离、土壤暴露于风蚀所致。据估计，每年约有20亿吨沙尘排放至大气中。沙尘输送至欧洲每年约8000万至1.2亿吨。SDS通过增加颗粒物（尤其是PM₁₀）影响空气质量，且其发生频率和强度日益增加，构成全球重大公共卫生问题。
1.2 组成
沙漠尘是无机和有机成分的复杂混合物。主要部分通常由石英(SiO₂)和黏土矿物（包括高岭石和伊利石）组成。化学成分因地理来源区域而异，反映土壤组成的局部和区域差异。此外，海拔、距离和经过环境等输送因素会改变化学成分。例如，穿越海洋的颗粒可积聚海盐，从而显示较高浓度的Na和Cl元素。类似地，大气输送过程中可获得各种污染物。SDS可携带细菌、花粉孢子、真菌、毒素和病毒等生物材料，以及农药、除草剂、重金属、二噁英和放射性同位素等人为污染物。因此，沙漠尘不应被视为静态矿物材料，而应被视为高度动态的大气气溶胶，其物理化学和生物学特性在输送过程中持续演变。从毒理学角度看，区分沙漠尘颗粒矿物组分的固有危害与大气输送及与环境污染物相互作用产生的获得性危害至关重要。
1.3 对空气污染和人类健康的影响
SDS事件的频率和强度因人为活动和气候变化而在全球许多地区增加。沙漠尘与其他大气污染物的相互作用可增加颗粒物反应性，从而增强沙尘事件期间的毒性。目前，法国及更广泛的欧盟层面，SDS没有特定指南监管，而是属于空气质量相关法规，主要基于颗粒物监测。流行病学证据表明，短期暴露于沙漠尘主要增加心血管和呼吸系统死亡率和发病率风险。一项荟萃分析显示，沙漠尘PM₁₀与总死亡率呈正相关（PM₁₀每增加10 μg/m³，风险平均增加0.27%，存在区域差异）。空气污染每年导致全球超过400万人过早死亡。虽然流行病学研究提供了有意义的数据，但存在局限性，如使用二元指标识别沙尘日、未考虑沙尘事件强度、难以证明因果关系等。时间序列分析可部分解决这些问题。机理毒理学研究可调查沙漠尘颗粒的固有危害，识别潜在的生物学通路。因此本综述聚焦于研究沙尘毒性潜在机制的实验研究。
2. 关于SDS颗粒潜在危害的文献综述
2.1 方法
选择关键词：(沙)或(沙尘)或(沙霾)或(沙暴)或(沙漠尘)或(撒哈拉尘)及(人类暴露)及(毒性)或(炎症)或(细胞毒性)或(氧化应激)或(体外)或(体内)。检索PubMed和Web of Science两个数据库。采用叙述性综述方法，未应用PRISMA流程图或正式研究选择框架。根据5条标准排除论文：i)综述无原始实验数据；ii)无毒性数据；iii)人体或非哺乳动物模型研究；iv)非沙漠尘特异性效应；v)非英文论文。
2.2 结果
检索（2026年3月20日）在PubMed获得332篇论文，Web of Science获得234篇。去重后剩余486篇，排除460篇，最终纳入26篇，其中体外研究14篇、体内研究7篇、两者兼有5篇。
2.3 结果分析
表1和表2总结了纳入的体外和体内研究主要结果。不同研究的实验材料差异显著，包括原始沙尘样本、SDS事件期间收集的PM组分和沙尘提取物，限制直接比较。大部分体外研究报告暴露于沙漠尘诱导细胞毒性和促炎反应。沙漠尘暴露不仅可单独诱导生物效应，还可加剧微生物效应，如加重细菌或病毒感染。大多数研究使用呼吸和/或免疫细胞，其他系统如心血管或神经系统研究不足。体内研究尽管生物学终点一致（主要是氧化应激、炎症和组织学改变），且沙尘类型几乎均为亚洲沙尘，但暴露方式、剂量、分析时间存在显著异质性。
2.4 讨论
暴露于沙尘通过诱导细胞毒性、促炎反应和氧化应激产生不良生物效应。沙漠尘成分如石英和铝硅酸盐可激活巨噬细胞释放促炎细胞因子。颗粒中金属可贡献固有氧化潜力。有趣的是，沙漠尘固有氧化潜力低于燃烧来源的城市颗粒物，但持续报道显著促炎反应，包括IL-6、IL-8、IL-1β释放增加及NLRP3炎症小体通路激活。这表明沙漠尘诱导的炎症效应可能不仅依赖经典氧化应激机制，还涉及由颗粒矿物学、颗粒-细胞相互作用及内毒素等生物化合物触发的先天免疫激活。沙漠尘颗粒的复杂性和异质性导致研究间差异，限制还原论方法。
研究存在局限性：大多数体内研究聚焦亚洲沙尘，缺乏撒哈拉沙尘实验；呼吸系统研究最多，心血管和神经系统不足；体外模型无法捕捉整体复杂性；啮齿动物暴露场景不切实际；方法学异质性大，包括颗粒采集、物理化学表征、提取方案、剂量度量和暴露条件。
危害评估还需考虑暴露水平。77%的《联合国防治荒漠化公约》缔约方直接受SDS问题影响。SDS不仅影响健康，还影响空气化学、气候过程、土壤特性、水质、养分循环和生物地球化学循环。缓解措施包括减少SDS来源（如农艺措施、植被覆盖、防风林）和减少SDS影响（监测、预测和预警系统）。
3. 结论
评估沙漠尘危害的主要挑战源于其粒径和成分的显著变异性，受源区、受体区和输送等多种参数影响。总趋势可识别：细胞毒性、促炎反应和氧化应激是沙漠尘毒性的主要机制。当前证据表明，沙漠尘毒性不能简化为惰性矿物颗粒的单独效应，而应视为动态复杂的大气混合物，其毒理特性在输送过程中通过与生物材料、人为污染物和二次气溶胶相互作用而演变。
4. 建议和研究展望
本综述指出研究空白：亚洲沙尘是研究最多的类型，但亚洲仅是第三大排放源区，撒哈拉沙尘研究尤为必要。现有毒理学研究依赖呼吸模型和急性炎症终点，而流行病学提示心血管、神经和全身效应。需协调实验方法，改进颗粒物理化学表征，开发更生理相关的暴露系统。气-液界面(ALI)暴露系统能更好再现气道上皮细胞直接暴露于空气气溶胶，同时保留颗粒理化性质。整合共培养系统、三维呼吸模型、类器官和器官芯片技术可改进机理理解，减少动物实验。这些新方法学(NAMs)仍需验证稳健性、可重复性和预测价值。最后，需表征沙漠尘组成对毒理学反应的影响，特别是生物污染物贡献及沙漠源颗粒与环境人为污染物的相互作用，以判断当前将沙漠尘事件作为一般颗粒物污染管理的方法是否充分。