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PM2.5,又称细颗粒物(fine particulate matter),指自然环境中空气动力学直径(aerodynamic diameter)小于等于2.5μm的大气颗粒物。流行病学大量研究结果显示,随着PM2.5浓度的升高,呼吸系统和心血管系统疾病的入院率、患病率和死亡率相继也明显升高。这明确提示了PM2.5对呼吸系统和心血管系统的损伤效应,但对其中所涉及的分子机制,目前人们的认识还十分有限。本课题组在以往研究中已经发现PM2.5能够在支气管上皮细胞(Beas2B)中通过激活p53及其自噬靶基因DRAM1的诱导表达而引发自噬,并进一步偶联STAT3介导了VEGF的诱导表达反应。因此本课题组的以往研究发现揭示了以VEGF的诱导表达为核心的PM2.5致呼吸系统炎症应激损伤效应机制。本文第一部分工作对上述PM2.5诱导呼吸道炎性应激损伤效应的分子机制进行了进一步深入探讨。我们首先筛选了能够介导PM2.5诱导p53活化水平上调的上游蛋白激酶,结果发现了ATR、而非ATM,在PM2.5诱导p53活化、细胞自噬反应发生及VEGF诱导表达反应中的关键作用。我们进一步检测了偶联ATR和p53活化的中间侨联信号分子,结果发现了CHK1而非LKB1是协同ATR介导p53诱导活化、细胞自噬反应及VEGF诱导表达反应的信号传递蛋白。同时我们还发现:尽管LKB1的诱导活化并不受控于ATR,但它也能够参与介导p53的诱导活化、自噬反应的发生及VEGF的诱导表达。随后我们发现:LKB1活化的p53也能够通过诱导DRAM1表达而引发自噬反应;同时另一p53靶基因TIGAR也是在LKB1下游介导PM2.5诱导细胞自噬反应及VEGF表达反应的中间信号蛋白,但该分子的诱导表达并不受控于CHK1。根据以上研究结果,我们认为:PM2.5不仅能够通过激活“ATR-CHK1-p53-DRAM1-自噬”途径诱导VEGF表达;也可以通过激活不依赖于ATR的“LKB1-p53-DRAM1/TIGAR-自噬”途径介导VEGF的诱导表达。上述研究结果进一步拓展了我们对PM2.5诱导呼吸系统损伤机制的认识,为呼吸系统损伤防治策略的研究提供了新的思路。PM2.5不仅能够通过呼吸道的粘膜唾液屏障进入支气管和肺泡,同时也能够穿越肺泡而直接进入血液从而引发心血管系统损伤。本课题组在以往实验研究中已经证实:在人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中,HIF1α的聚集能够调控PM2.5诱导ANGII及其受体的表达,从而介导了HUVEC细胞与免疫细胞之间的粘附反应和炎性应激损伤效应。在第二部分工作中我们进一步揭示了PM2.5诱发血管内皮细胞功能失调的分子机制。首先我们在大鼠原代血管内皮细胞中发现体外PM2.5暴露能够诱导AGT、ACE、AT1R及ANGII的表达。同时经PM2.5暴露的大鼠血管内皮细胞中AGT、ACE、AT1R及血清中ANGII的表达水平上调,而其他脏器中没有明显变化。我们在进一步研究中发现,PM2.5能够在血管内皮细胞中诱导内质网应激反应,IRE1α/XBP1s的诱导活化参与介导AGT、ACE、AT1R及ANGII的表达,但并不涉及PERK、ATF6信号途径。随后我们还发现,在PM2.5诱导作用下,IRE1α/XBP1s途径介导HIF1α聚集;同时染色质免疫沉淀结果显示,XBP1s和HIF1α能够结合在AGT、ACE、AT1R基因启动子元件的潜在位点,而且XBP1s与HIF1α形成复合物是XBP1s结合在AGT、ACE、AT1R启动子区域的必须条件。我们还发现IRE1α、XBP1s及HIF1α参与介导PM2.5诱导粘附分子、趋化因子的表达及U937细胞与HUVEC细胞间的粘附作用。因此我们得出结论:PM2.5通过激活“IRE1α-XBP1s/HIF1α-AGT/ACE/AT1R”信号途径介导了多种细胞黏附分子、趋化因子的表达及细胞间的粘附作用。以上结果共同表明PM2.5通过诱导内质网应激反应介导了HUVEC细胞与免疫细胞之间的粘附反应和炎性应激损伤效应。在后续研究工作中,我们还探索了PM2.5是否能够诱导损伤保护效应。结果发现:氧化应激反应调节因子HO-1在PM2.5的刺激作用下被诱导表达,它通过拮抗HIF1α聚集,从而抑制RAS组分及粘附分子、趋化因子表达。以上结果说明了HO-1能够介导PM2.5刺激作用下的炎性应激损伤保护效应。靶向“HO-1-HIF1α-AGT/ACE/AT1R”信号途径的PM2.5致心血管系统损伤防控策略研究值得深入探讨。