空气污染一直是全球难以解决的公共问题。研究显示，2019年空气污染被列为全球第四大风险因素，导致全球667万人死亡。其中，细颗粒物（PM2.5）具有较大的比表面积，对持久性有机污染物和重金属等有害物质具有吸附作用，能够导致呼吸、心血管、神经系统疾病等。流行病学研究表明PM2.5能够导致呼吸系统和心血管疾病的发病率和死亡率增高。动物实验显示慢性PM2.5暴露会导致血管功能障碍，包括内皮屏障受损和血管纤维化。然而，慢性PM2.5暴露引起血管功能障碍的确切分子机制尚不完全清楚。
近日，河北医科大学公共卫生学院卫生毒理学教研室张荣教授团队在国际著名期刊Journal of Environmental Sciences（JCR Q1 IF:6.90）上发表了题为“circRNAs deregulation in exosomes derived from BEAS-2B cells is associated with vascular stiffness induced by PM2.5” 的研究论文（2023 February 24; 137 (2024): 527-539）。该研究证明慢性PM2.5暴露可以导致小鼠肺功能下降和血管硬化。50 μg/mL PM2.5连续30代处理人支气管上皮细胞（BEAS-2B）能够引起EMT和迁移能力增强，其分泌的外泌体（ExoPM2.5）能够引起人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的通透性增加和血管舒张受损。同时，利用生物信息学手段，研究ExoPM2.5的转录组表达谱、功能和作用机制，揭示血管内皮功能障碍的潜在机制。
肺功能障碍或肺损伤可能影响血管功能，并与动脉粥样硬化等血管疾病的风险增加有关，肺作为靶器官引起的血管损伤，可能是PM2.5暴露后血管损伤的原因。虽然研究表明纳米颗粒的易位是可行的，但对于是否有相当数量的颗粒能够进入并损害血管，仍然存在不确定性。因此，这项研究评估了PM2.5暴露后通过靶器官肺对血管功能的间接影响，为解释PM2.5暴露相关血管疾病的机制提供重要证据。
慢性PM2.5暴露会导致小鼠肺功能降低、肺泡间隔增厚和主动脉僵硬程度增加。该研究建立了实时在线动式吸入PM2.5染毒小鼠模型，体外实验中，50 μg/mL PM2.5连续30代处理BEAS-2B细胞可引起迁移能力增加、EMT等恶性表型的出现，并诱导外泌体中circRNAs的表达差异，包括1664个差异circRNAs和308个差异mRNAs。对差异circRNAs的亲本基因进行富集分析，结果显示PI3K-Akt通路、细胞外基质受体互作通路、黏附连接、Rap1通路和紧密连接等信号通路被富集，与血管内皮屏障功能和血管生成有关。进一步选取上调和下调前五的差异circRNAs构建ceRNA网络，利用Cytoscape中的MCC算法筛选可能在下游功能中起关键作用的核心分子，并对网络中的mRNAs进行IPA富集分析，通路和生物功能富集结果均与血管功能相关。由于内皮功能障碍被认为是血管疾病的初始和关键事件，这项研究进一步通过实验验证了ExoPM2.5在体外能够诱导内皮细胞通透性增加以及NO释放下降，导致内皮功能障碍。
综上所述，该研究证明慢性PM2.5暴露会导致小鼠肺功能降低和血管硬化。该发现为血管疾病的发病机制提供了更深入的认识，并为未来的干预研究提供了新思路。未来，这些预测的circRNAs的功能鉴定应进一步在体内和体外进行，以建立PM2.5诱导的外泌体circRNAs的准确调控模式。
该研究得到了国家自然科学基金、河北省高等学校科学研究青年基金等基金项目的支持。刘清萍博士研究生为文章的第一作者，张荣教授为通讯作者。
参考文献：
circRNAs deregulation in exosomes derived from BEAS-2B cells is associated with vascular stiffness induced by PM2.5, Journal of Environmental Sciences. Journal of Environmental Sciences, 2023, 137 (2024): 527-539. https://doi.org/10.1016/j.jes.2023.02.027.
外泌体资讯网 J Environ Sci | 河北医科大学张荣：支气管上皮细胞来源的外泌体中circRNAs失调与PM2.5诱导的血管硬化有关
