Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của sự phụ thuộc vào diện tích bề mặt của tương tác khí-hạt lên các kết quả viêm phổi và thần kinh
Tóm tắt
Hậu quả có hại khi tiếp xúc với khí thải giao thông có thể xuất phát từ các tương tác giữa các hạt carbon (PM) và các thành phần khí theo cách phụ thuộc vào diện tích bề mặt hoặc độ phức tạp của các hạt. Để xác định tính hợp lệ của giả thuyết này, chúng tôi đã nghiên cứu các kết quả viêm phổi và thần kinh ở chuột đực C57BL/6 và chuột thiếu apolipoprotein E (ApoE−/−) sau khi tiếp xúc cấp tính và mãn tính với hạt bụi phát sinh từ động cơ xe, được tạo ra dưới dạng hạt siêu mịn (UFP) và hạt nhỏ (FP), với các tiếp xúc bổ sung bằng UFP hoặc FP kết hợp với các chất ô nhiễm khí phát sinh từ khí xăng và dầu diesel mới, được gán nhãn là UFP + G và FP + G. Các nhóm tiếp xúc UFP và UFP + G đã dẫn đến những tác động viêm phổi và viêm thần kinh sâu sắc nhất. Sự thực bào các hạt UFP + G thông qua các đại thực bào phế nang cư trú là rất đáng kể ở cả hai giống chuột, đặc biệt là sau khi tiếp xúc mãn tính, với sự gia tăng đồng thời biểu hiện các cytokine proinflammatory CXCL1 và TNFα trong dịch rửa phế quản. Trong mô hình tiếp xúc cấp tính, chỉ UFP và UFP + G gây ra những thay đổi đáng kể trong viêm phổi và chỉ ở các động vật ApoE−/−. Tương tự, tiếp xúc cấp tính với UFP và UFP + G đã làm tăng biểu hiện của một số cytokine trong hồi hải mã của chuột ApoE−/− bao gồm Il-1β, IL-6, Tgf-β và Tnf-α và trong hồi hải mã của chuột C57BL/6 bao gồm Ccl5, Cxcl1, Il-1β, và Tnf-α. Đáng chú ý, biểu hiện Il-6 và Tgf-β đã giảm trong hồi hải mã C57BL/6 sau tiếp xúc cấp tính. Tiếp xúc mãn tính với UFP + G đã gia tăng biểu hiện Ccl5, Cxcl1, Il-6, và Tgf-β trong hồi hải mã ApoE−/−, nhưng hiệu ứng này rất hạn chế ở chuột C57BL/6, điều này gợi ý về các cơ chế bù trừ để quản lý viêm thần kinh ở giống chuột này. Các phản ứng viêm ở phổi và não là đáng kể nhất ở các động vật ApoE−/− tiếp xúc với UFP + G, gợi ý rằng sự tương tác giữa khí và hạt phụ thuộc vào diện tích bề mặt là yếu tố quyết định quan trọng đến phản ứng độc hại. Như vậy, các hạt UFP mới sinh ra, trong sự hiện diện của các chất ô nhiễm khí phát sinh từ quá trình đốt cháy, có thể là một mối nguy hiểm sức khỏe lớn hơn so với dự đoán chỉ dựa vào nồng độ PM, ủng hộ các phát hiện dịch tễ học về các kết quả thần kinh bất lợi liên quan đến sự gần gũi với đường giao thông.
Từ khóa
#hạt carbon #ô nhiễm khí #viêm phổi #viêm thần kinh #phản ứng độc hạiTài liệu tham khảo
Hoffmann B, Moebus S, Möhlenkamp S, Stang A, Lehmann N, Dragano N, et al. Residential exposure to traffic is associated with coronary atherosclerosis. Circulation. 2007;116(5):489–96.
Volk HE, Hertz-Picciotto I, Delwiche L, Lurmann F, McConnell R. Residential proximity to freeways and autism in the CHARGE study. Environ Health Perspect. 2011;119(6):873–7. doi:10.1289/ehp.1002835.
Vedal S, Campen MJ, McDonald JD, Kaufman JD, Larson TV, Sampson PD, et al. National particle component toxicity (NPACT) initiative report on cardiovascular effects. Res Rep. 2013;178:238.
Bai N, Kido T, Suzuki H, Yang G, Kavanagh TJ, Kaufman JD, et al. Changes in atherosclerotic plaques induced by inhalation of diesel exhaust. Atherosclerosis. 2011;216(2):299–306. doi:10.1016/j.atherosclerosis.2011.02.019.
Campen MJ, Lund AK, Knuckles TL, Conklin DJ, Bishop B, Young D, et al. Inhaled diesel emissions alter atherosclerotic plaque composition in ApoE(−/−) mice. Toxicol Appl Pharmacol. 2010;242(3):310–7. doi:10.1016/j.taap.2009.10.021.
Hansen CS, Sheykhzade M, Moller P, Folkmann JK, Amtorp O, Jonassen T, et al. Diesel exhaust particles induce endothelial dysfunction in apoE−/− mice. Toxicol Appl Pharmacol. 2007;219(1):24–32. doi:10.1016/j.taap.2006.10.032.
Hazari MS, Haykal-Coates N, Winsett DW, Krantz QT, King C, Costa DL, et al. TRPA1 and sympathetic activation contribute to increased risk of triggered cardiac arrhythmias in hypertensive rats exposed to diesel exhaust. Environ Health Perspect. 2011;119(7):951–7. doi:10.1289/ehp.1003200.
Mills NL, Tornqvist H, Robinson SD, Gonzalez M, Darnley K, MacNee W, et al. Diesel exhaust inhalation causes vascular dysfunction and impaired endogenous fibrinolysis. Circulation. 2005;112(25):3930–6. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.105.588962.
Lund AK, Knuckles TL, Obot Akata C, Shohet R, McDonald JD, Gigliotti A, et al. Gasoline exhaust emissions induce vascular remodeling pathways involved in atherosclerosis. Toxicol Sci. 2007;95(2):485–94. doi:10.1093/toxsci/kfl145.
Loane C, Pilinis C, Lekkas TD, Politis M. Ambient particulate matter and its potential neurological consequences. Rev Neurosci. 2013;24(3):323–35.
Levesque S, Taetzsch T, Lull ME, Kodavanti U, Stadler K, Wagner A, et al. Diesel exhaust activates and primes microglia: air pollution, neuroinflammation, and regulation of dopaminergic neurotoxicity. Environ Health Perspect. 2011;119(8):1149–55. doi:10.1289/ehp.1002986.
Levesque S, Taetzsch T, Lull ME, Johnson JA, McGraw C, Block ML. The role of MAC1 in diesel exhaust particle-induced microglial activation and loss of dopaminergic neuron function. J Neurochem. 2013;125(5):756–65. doi:10.1111/jnc.12231.
Cheng H, Saffari A, Sioutas C, Forman HJ, Morgan TE, Finch CE. Nano-scale particulate matter from urban traffic rapidly induces oxidative stress and inflammation in olfactory epithelium with concomitant effects on brain. Environ Health Perspect. 2016. doi:10.1289/ehp134.
Cheng H, Davis DA, Hasheminassab S, Sioutas C, Morgan TE, Finch CE. Urban traffic-derived nanoparticulate matter reduces neurite outgrowth via TNFalpha in vitro. J Neuroinflammation. 2016;13:19. doi:10.1186/s12974-016-0480-3.
Morgan TE, Davis DA, Iwata N, Tanner JA, Snyder D, Ning Z, et al. Glutamatergic neurons in rodent models respond to nanoscale particulate urban air pollutants in vivo and in vitro. Environ Health Perspect. 2011;119(7):1003–9. doi:10.1289/ehp.1002973.
Cappellano G, Carecchio M, Fleetwood T, Magistrelli L, Cantello R, Dianzani U, et al. Immunity and inflammation in neurodegenerative diseases. Am J Neurodegener Dis. 2013;2(2):89–107.
van Dijk G, van Heijningen S, Reijne AC, Nyakas C, van der Zee EA, Eisel ULM. Integrative neurobiology of metabolic diseases, neuroinflammation, and neurodegeneration. Front Neurosci. 2015;9:173. doi:10.3389/fnins.2015.00173.
Channell MM, Paffett ML, Devlin RB, Madden MC, Campen MJ. Circulating factors induce coronary endothelial cell activation following exposure to inhaled diesel exhaust and nitrogen dioxide in humans: evidence from a novel translational in vitro model. Toxicol Sci. 2012;127(1):179–86. doi:10.1093/toxsci/kfs084.
Hoffmann B, Moebus S, Dragano N, Stang A, Mohlenkamp S, Schmermund A, et al. Chronic residential exposure to particulate matter air pollution and systemic inflammatory markers. Environ Health Perspect. 2009;117(8):1302–8. doi:10.1289/ehp.0800362.
Kampfrath T, Maiseyeu A, Ying Z, Shah Z, Deiuliis JA, Xu X, et al. Chronic fine particulate matter exposure induces systemic vascular dysfunction via NADPH oxidase and TLR4 pathways. Circ Res. 2011;108(6):716–26. doi:10.1161/CIRCRESAHA.110.237560.
Schisler JC, Ronnebaum SM, Madden M, Channell M, Campen M, Willis MS. Endothelial inflammatory transcriptional responses to an altered plasma exposome following inhalation of diesel emissions. Inhal Toxicol. 2015:1–9; doi:10.3109/08958378.2015.1030481.
Tamagawa E, Bai N, Morimoto K, Gray C, Mui T, Yatera K, et al. Particulate matter exposure induces persistent lung inflammation and endothelial dysfunction. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2008;295(1):L79–85. doi:10.1152/ajplung.00048.2007.
Campen M, Robertson S, Lund A, Lucero J, McDonald J. Engine exhaust particulate and gas phase contributions to vascular toxicity. Inhal Toxicol. 2014;26(6):353–60. doi:10.3109/08958378.2014.897776.
Lund AK, Lucero J, Harman M, Madden MC, McDonald JD, Seagrave JC, et al. The oxidized low-density lipoprotein receptor mediates vascular effects of inhaled vehicle emissions. Am J Respir Crit Care Med. 2011;184(1):82–91. doi:10.1164/rccm.201012-1967OC.
McDonald, Barr E, White R, Chow J, Schauer J, Zielinska B, et al. Generation and characterization of four dilutions of diesel engine exhaust for a subchronic inhalation study. Environ Sci Technol. 2004;38(9):2513–22.
McDonald, Barr EB, White RK, Kracko D, Chow JC, Zielinska B, et al. Generation and characterization of gasoline engine exhaust inhalation exposure atmospheres. Inhal Toxicol. 2008;20(13):1157–68.
Lund, Lucero J, Harman M, Madden MC, McDonald JD, Seagrave JC, et al. The oxidized low-density lipoprotein receptor mediates vascular effects of inhaled vehicle emissions. Am J Respir Crit Care Med. 2011;184(1):82–91.
Lund AK, Lucero J, Lucas S, Madden MC, McDonald JD, Seagrave JC, et al. Vehicular emissions induce vascular MMP-9 expression and activity associated with endothelin-1-mediated pathways. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2009;29(4):511–7. doi:10.1161/ATVBAHA.108.176107.
Seagrave J, Campen MJ, McDonald JD, Mauderly JL, Rohr AC. Oxidative stress, inflammation, and pulmonary function assessment in rats exposed to laboratory-generated pollutant mixtures. J Toxicol Environ Health A. 2008;71(20):1352–62. doi:10.1080/15287390802271566.
Jung CR, Lin YT, Hwang BF. Ozone, particulate matter, and newly diagnosed Alzheimer’s disease: a population-based cohort study in Taiwan. J Alzheimers Dis. 2015;44(2):573–84. doi:10.3233/jad-140855.
Allen JL, Liu X, Pelkowski S, Palmer B, Conrad K, Oberdörster G, et al. Early postnatal exposure to ultrafine particulate matter air pollution: persistent ventriculomegaly, neurochemical disruption, and glial activation preferentially in male mice. Environ Health Perspect. 2014;122(9):939 (Online).
Woodward N, Finch CE, Morgan TE. Traffic-related air pollution and brain development. AIMS Environ Sci. 2015;2(2):353–73. doi:10.3934/environsci.2015.2.353.
Mumaw CL, Levesque S, McGraw C, Robertson S, Lucas S, Stafflinger JE, et al. Microglial priming through the lung-brain axis: the role of air pollution-induced circulating factors. Faseb J. 2016;30(5):1880–91. doi:10.1096/fj.201500047.
Fonken L, Xu X, Weil ZM, Chen G, Sun Q, Rajagopalan S, et al. Air pollution impairs cognition, provokes depressive-like behaviors and alters hippocampal cytokine expression and morphology. Mol Psychiatry. 2011;16(10):987–95.
Levesque S, Surace MJ, McDonald J, Block ML. Air pollution & the brain: Subchronic diesel exhaust exposure causes neuroinflammation and elevates early markers of neurodegenerative disease. J Neuroinflammation. 2011;8:105. doi:10.1186/1742-2094-8-105.
Oberdorster G. Pulmonary effects of inhaled ultrafine particles. Int Arch Occup Environ Health. 2001;74(1):1–8.
Vedal, Campen MJ, McDonald JD, Larson T, Sampson PD, Sheppard L, et al. National particle component toxicity (NPACT) initiative report on cardiovascular effects. Res Rep. 2013;178:5–8. (Health Effects Institute).
Sarnat JA, Marmur A, Klein M, Kim E, Russell AG, Sarnat SE, et al. Fine particle sources and cardiorespiratory morbidity: an application of chemical mass balance and factor analytical source-apportionment methods. Environ Health Perspect. 2008;116(4):459–66. doi:10.1289/ehp.10873.
Sioutas C, Delfino RJ, Singh M. Exposure assessment for atmospheric ultrafine particles (UFPs) and implications in epidemiologic research. Environ Health Perspect. 2005;113(8):947–955.
Li N, Sioutas C, Cho A, Schmitz D, Misra C, Sempf J, et al. Ultrafine particulate pollutants induce oxidative stress and mitochondrial damage. Environ Health Perspect. 2003;111(4):455–60.
Shaw CA, Robertson S, Miller MR, Duffin R, Tabor CM, Donaldson K, et al. Diesel exhaust particulate--exposed macrophages cause marked endothelial cell activation. Am J Respir Cell Mol Biol. 2011;44(6):840–51. doi:10.1165/rcmb.2010-0011OC.
Mutlu GM, Green D, Bellmeyer A, Baker CM, Burgess Z, Rajamannan N, et al. Ambient particulate matter accelerates coagulation via an IL-6-dependent pathway. J Clin Invest. 2007;117(10):2952–61. doi:10.1172/jci30639.
Beck-Speier I, Dayal N, Karg E, Maier KL, Schumann G, Schulz H, et al. Oxidative stress and lipid mediators induced in alveolar macrophages by ultrafine particles. Free Radic Biol Med. 2005;38(8):1080–92. doi:10.1016/j.freeradbiomed.2005.01.004.
Gong T, Dalman C, Wicks S, Dal H, Magnusson C, Lundholm C, et al. Perinatal exposure to traffic-related air pollution and autism spectrum disorders. Environ Health Perspect. 2016. doi:10.1289/ehp118.
Raz R, Roberts AL, Lyall K, Hart JE, Just AC, Laden F, et al. Autism spectrum disorder and particulate matter air pollution before, during, and after pregnancy: a nested case-control analysis within the Nurses’ Health Study II Cohort. Environ Health Perspect. 2015;123(3):264–70. doi:10.1289/ehp.1408133.
Calderon-Garciduenas L, Reynoso-Robles R, Vargas-Martinez J, Gomez-Maqueo-Chew A, Perez-Guille B, Mukherjee PS, et al. Prefrontal white matter pathology in air pollution exposed Mexico City young urbanites and their potential impact on neurovascular unit dysfunction and the development of Alzheimer’s disease. Environ Res. 2016;146:404–17. doi:10.1016/j.envres.2015.12.031.
Tyler CR, Allan AM. The effects of arsenic exposure on neurological and cognitive dysfunction in human and rodent studies: a review. Curr Environ Health Rep. 2014;1:132–47.
Gruol DL. IL-6 regulation of synaptic function in the CNS. Neuropharmacology. 2015;96(Part A):42–54.
Dobolyi A, Vincze C, Pál G, Lovas G. The neuroprotective functions of transforming growth factor beta proteins. Int J Mol Sci. 2012;13:8219–58.
Godbout JP, Johnson RW. Interleukin-6 in the aging brain. J Neuroimmunol. 2004;147(1–2):141–4.
Heppner FL, Ransohoff RM, Becher B. Immune attack: the role of inflammation in Alzheimer disease. Nat Rev Neurosci. 2015;16(6):358–72.
Campbell A, Oldham M, Becaria A, Bondy S, Meacher D, Sioutas C, et al. Particulate matter in polluted air may increase biomarkers of inflammation in mouse brain. Neurotoxicology. 2005;26(1):133–40.
Kleinman MT, Araujo J, Nel A, Sioutas C, Campbell A, Cong PQ, et al. Inhaled ultrafine particulate matter affects CNS inflammatory processes and may act via MAP kinase signaling pathways. Toxicol Lett. 2008;178(2):127–30. doi:10.1016/j.toxlet.2008.03.001.
Allen JL, Oberdorster G, Morris-Schaffer K, Wong C, Klocke C, Sobolewski M, et al. Developmental neurotoxicity of inhaled ambient ultrafine particle air pollution: parallels with neuropathological and behavioral features of autism and other neurodevelopmental disorders. Neurotoxicology. 2015. doi:10.1016/j.neuro.2015.12.014.
Oberdorster G, Sharp Z, Atudorei V, Elder A, Gelein R, Kreyling W, et al. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhal Toxicol. 2004;16(6–7):437–45. doi:10.1080/08958370490439597.
Elder A, Gelein R, Silva V, Feikert T, Opanashuk L, Carter J, et al. Translocation of inhaled ultrafine manganese oxide particles to the central nervous system. Environ Health Perspect. 2006;114(8):1172–8.
Heusinkveld HJ, Wahle T, Campbell A, Westerink RH, Tran L, Johnston H, et al. Neurodegenerative and neurological disorders by small inhaled particles. Neurotoxicology. 2016;56:94–106. doi:10.1016/j.neuro.2016.07.007.