【论文展示】PM2.5暴露下皮肤损伤评价方法研究进展（摘要）

 

 

 

 

于淼1 郭立群1 李秋爽2 邱晓峰3 赵华1 王敏1

1.北京工商大学理学院；2.生态环境部对外交流与合作中心；3.诺斯贝尔化妆品股份有限公司

 

以PM2.5为代表的气体颗粒物会促进机体生成活性氧，引发氧化应激和炎症反应对人体健康产生极大的危害。皮肤作为人体接触外界环境的第一道屏障，很容易受到PM2.5等污染物的伤害。如长时间暴露在污染环境下，会引发毛孔堵塞、角质堆积、皮肤炎症等不良反应。PM2.5中主要化学成分如硫酸盐、铵盐等，经日光照射后形成气溶胶，直接或间接通过诱发光化学反应刺激皮肤，诱发敏感、干痒等不适。由于皮肤的生理结构特殊，在PM2.5环境下的染毒机理与呼吸系统等也大不相同，因此需选择更适合皮肤组织的损伤评价方法。

1.       体内法评价

小鼠模型评价 建立实验小鼠损伤模型，可采用模拟呼吸道暴露方式或全身暴露法研究PM2.5对动物体内各系统的损伤机制。由于吸入式暴露法的内暴露浓度难以测定，更适用于呼吸道及相关器官损伤的研究。全身暴露法能更模拟真实的PM2.5染毒环境，但对仪器设备要求较高，操作难度较大，尚未形成统一的操作标准。

人体暴露评价 人体在一定时期内，与一种或多种的生物、化学或物理因子在空间上的接触过程。如江月明等通过构建香烟烟雾模拟大气污染的临床评估模型；也可以通过室外真实场景或室内模拟，记录暴露时间和PM2.5浓度并计算分析单位浓度下指标的定量变化。

图1 烟雾模拟器示意图

 

2.体外法评价

体外评价法时利用细胞生物学、分子生物学及毒理学等原理，具有实验时间短、实验条件易于控制的优势，方便进行相对复杂的实验设计。

PM2.5颗粒物溶液染毒 将采集的PM2.5溶解在细胞培养液中对细胞进行暴露处理。

动态气体染毒 在模拟外界环境同时实时监测空气浓度，李铭鑫等研制出一种将实验细胞置于染毒装置中的简易气体动态染毒装置（图2）。这种方法与自然环境中PM2.5侵害人体过程最为接近，但装置的内循环设备会导致颗粒物与细胞接触量不易控制。

图2 动态气体染毒装置示意图

A烟雾制造装置 B空气泵及过滤装置 C气体老化综合箱

细胞共培养模型染毒 包括接触式培养和非接触式培养，接触式共培养是将两种细胞按一定比例接种到同一细胞培养体系中，适合研究生长环境和生长状态接近的不同细胞间信号传递及相互作用。非接触式共培养是应用Transwell膜（图3）等技术将两种细胞分层培养，可以控制条件的同时展现细胞培养的直观性[13]。也可将三维重组人工皮肤模型直接暴露于PM2.5，通过相关指标进行作用机理研究。

图3 Transwell细胞共培养模式

气液界面细胞暴露培养 适合气态污染物体外暴露，将细胞直接暴露于气态污染环境中。Thorne等[14]使用VITROCELL®系统（图4）产生稳定的烟草烟雾释放，通过相关指标探究烟雾对细胞的损伤作用。利用Transwell膜技术使细胞在气-液界面与气体混合物直接接触染毒，可以维持良好培养条件并能保护细胞不受气压和气流影响，消除残余烟雾，更好地评估染毒效果。

图4 VITROCELL®系统示意图

A 烟雾参控制器 B烟气制造 C活塞装置 D烟气传送与稀释 E烟气与细胞培养装置对接

目前国内针对气溶胶状混合物细胞染毒也已研制出相应暴露装置。吴丹等利用Petri-PERM培养皿建立的气液界面培养体系对细胞进行暴露，张素萍等利用CULTEX细胞暴露染毒系统考察香烟烟雾细胞毒性。暴露装置染毒更符合实际状态下的暴露途径、过程与吸收机制，并且可设置不同条件和影响因素进行考察。