2024-05-07
颗粒物污染是指大气中悬浮的固态颗粒和液态微小颗粒物的混合物所造成的环境污染，这些颗粒物因其直径大小不同，通常被分为总悬浮颗粒物（TSP）、可吸入颗粒物（PM10，即直径小于或等于10微米的颗粒物）、细颗粒物（PM2.5，即直径小于或等于2.5微米的颗粒物）等。这些颗粒物来源广泛，包括自然来源（如风沙扬尘、森林火灾产生的烟尘）和人为活动（如工业排放、汽车尾气、燃煤取暖等）。由于它们体积微小，可以长时间悬浮在空气中，并能随呼吸进入人体，对环境和人类健康造成严重影响。
大气颗粒物污染导致的主要健康危害
大气颗粒物污染，尤其是细颗粒物（PM2.5）和可吸入颗粒物（PM10），对人类健康构成严重威胁，由于颗粒物能够直接进入呼吸道，刺激并损害鼻腔、咽喉、气管和肺部，穿透肺部进入血液循环，引发炎症反应，进而引发呼吸系统、中枢神经系统、生殖系统、心血管系统、泌尿系统、内分泌系统疾病。 图1 流行病学研究中颗粒物污染的主要健康危害[1]
颗粒物污染影响人体健康的生物学途径
氧化应激、炎症反应、内皮功能障碍、血栓和凝血以及表观遗传变化相关的生物标志物在短期暴露研究中广泛验证。随着高通量技术的发展，基因组学、转录组学、代谢组学、表观基因组学和微生物组学等被广泛应用于颗粒物污染的生物学机制的研究中。 图2 大气颗粒物污染危害健康的生物学途径[1]
多组学在颗粒物污染研究中的应用思路
1.识别毒性机制：利用转录组学和蛋白质组学技术，分析受颗粒物污染影响的细胞、组织或生物模型（如动物模型、人体细胞系）中基因表达和蛋白水平的变化，揭示颗粒物引起的分子途径变化和毒性作用机制。 2.表观遗传学影响：运用表观基因组学方法，探索颗粒物污染如何通过DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传学变化，影响基因表达模式，进而影响个体健康和代际传递效应。 3.代谢扰动分析：通过代谢组学研究，检测受污染样本中的小分子代谢物变化，评估颗粒物污染对生物体代谢网络的影响，发现潜在的生物标志物，用于监测污染暴露和健康效应。 4.微生物组与颗粒物相互作用：应用微生物组学技术，研究大气颗粒物对环境和人体微生物组成和功能的影响，以及这种改变如何进一步影响宿主健康、引发疾病的生物学途径。
文章一
Comparison of chemical composition and airborne bacterial community structure in PM2.5 during haze and non-haze days in the winter in Guilin, China[2] 期刊名：Science of the Total Environment 影响因子：9.8 该研究收集了桂林市冬季霾日和非霾日不同的PM2.5样本。分析了PM2.5中水溶性离子、金属元素等化学成分，并对其细菌群落结构进行了表征。雾霾和非雾霾PM2.5的细菌群落组成差异不显著，但我们发现，雾霾PM2.5中大多数优势属的相对丰度高于非雾霾PM2.5。相关结果表明，以汽车尾气和燃料燃烧为主要来源的二次气溶胶颗粒SO42−、NO3−、NH4+、K+、Cl−可能对雾霾污染产生了关键影响，同时也塑造了PM2.5的细菌群落结构。 研究技术路线图和结果展示
文章二
Short-Term Exposure of PM2.5 and Epigenetic Aging: A Quasi-Experimental Study[3] 期刊名：Environmental Science & Technology 影响因子：11.4 表观遗传年龄是一种以DNA甲基化为基础的生物衰老标志物，已被发现可用于预测衰老相关的疾病风险。本研究在北京市2017-2018年几次大气PM2.5污染事件（PPW）发生前，发生时和发生后对26名健康成年人进行了三次健康检查，基于DNA甲基化谱中多个位点的甲基化水平计算获得7种表观遗传年龄（epigenetic age）用以反映PM2.5短期暴露是否会加速衰老。通过测定多种凝血标志物、氧化应激标志物和炎症因子表明短期暴露于PM2.5会通过血液凝固、氧化应激和系统性炎症的DNA甲基化谱加速衰老。 研究技术路线图和结果展示
文章三
A Pseudomonas sp. strain uniquely degrades PAHs and heterocyclic derivatives via lateral dioxygenation pathways[4] 期刊名：Journal of Hazardous Materials 影响因子：13.6 多环芳香烃和杂环衍生物主要是由化石和固体生物燃料不完全燃烧、高温工业过程和炼油厂废水中产生。自2003年以来，已产生了约11.6万吨多环芳香烃，造成环境污染并威胁人类健康。芴是一种毒性很强的三环芳烃，其杂环衍生物（DBF和DBT）通过呼吸或直接接触皮肤对人类造成严重的健康威胁，如可导致畸形、癌症、基因突变和染色体畸变。本研究新分离的一株油菜假单胞菌MPDS能够有效降解多环芳烃及其杂环衍生物，包括萘、芴、二苯并呋喃(DBF)和二苯并噻吩(DBT)。菌株MPDS能够通过侧双氧途径降解芴、DBF和DBT，而大多数报道的菌株通过角双氧途径降解芴、DBF和DBT或通过侧双氧途径共同代谢它们。通过基因组和转录组学分析，并与另一种DBF降解菌株进行基因组比较分析，预测了相关基因簇，鉴定出萘降解基因簇。本研究为多环芳烃及其杂环衍生物的降解提供了新的认识，并为相关污染物的横向双氧途径提供了新的见解。 研究技术路线图和结果展示
参考文献： [1] Zhang Q, Meng X, Shi S, Kan L, Chen R, Kan H. Overview of particulate air pollution and human health in China: Evidence, challenges, and opportunities. Innovation (Camb). 2022 Sep 6;3(6):100312. doi: 10.1016/j.xinn.2022.100312. PMID: 36160941; PMCID: PMC9490194 [2] Zhong S, Zhang L, Jiang X, Gao P. Comparison of chemical composition and airborne bacterial community structure in PM2.5 during haze and non-haze days in the winter in Guilin, China. Sci Total Environ. 2019 Mar 10;655:202-210. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.11.268. Epub 2018 Nov 19. PMID: 30471588. [3] Gao X, Huang J, Cardenas A, Zhao Y, Sun Y, Wang J, Xue L, Baccarelli AA, Guo X, Zhang L, Wu S. Short-Term Exposure of PM2.5 and Epigenetic Aging: A Quasi-Experimental Study. Environ Sci Technol. 2022 Oct 18;56(20):14690-14700. doi: 10.1021/acs.est.2c05534. Epub 2022 Oct 5. PMID: 36197060. [4] Liu Y, Hu H, Zanaroli G, Xu P, Tang H. A Pseudomonas sp. strain uniquely degrades PAHs and heterocyclic derivatives via lateral dioxygenation pathways. J Hazard Mater. 2021 Feb 5;403:123956. doi: 10.1016/j.jhazmat.2020.123956. Epub 2020 Sep 12. PMID: 33265000.
