PM2.5通过DNMT3A介导的GPX4 DNA甲基化加剧儿童哮喘的铁死亡机制研究

《Scientific Reports》：Fine particulate matter exacerbates childhood asthma via DNMT3A-mediated modulation of GPX4 DNA methylation

本研究揭示了细颗粒物（PM2.5）通过上调DNA甲基转移酶DNMT3A，诱导关键抗氧化酶GPX4启动子区高甲基化，进而抑制其表达并触发支气管上皮细胞铁死亡（ferroptosis），最终加重儿童哮喘炎症反应。该发现为环境污染物致哮喘恶化的表观遗传机制提供了新靶点，也为干预策略开发提供了理论依据。

　　

随着城市化进程加速，大气细颗粒物（PM_2.5）污染已成为全球性的公共卫生挑战。尤其在儿童群体中，PM_2.5暴露与哮喘急性发作的关联已被广泛报道，但其背后的分子机制仍如迷雾笼罩。传统研究多聚焦于氧化应激和炎症通路，而近年来一种新型细胞死亡形式——铁死亡（ferroptosis）逐渐走入视野。这种铁依赖性的脂质过氧化驱动过程，是否在PM₅与哮喘的“对话”中扮演关键角色？南京医科大学的研究团队在《Scientific Reports》发表的最新研究，首次揭示了PM_2.5通过表观遗传调控机制激活铁死亡通路，从而加剧儿童哮喘的完整证据链。

为阐明这一机制，研究团队整合了细胞实验、动物模型和临床样本分析。关键技术包括：通过细胞活力检测（CCK-8法）、活性氧（ROS）与丙二醛（MDA）测定评估铁死亡特征；利用双荧光素酶报告基因系统和亚硫酸氢盐测序PCR（BSP）解析GPX4启动子甲基化状态；通过蛋白质印迹（Western blot）和免疫荧光技术量化关键蛋白表达；并基于南京医科大学第一附属医院采集的儿童哮喘患者外周血单核细胞（PBMC）进行临床相关性验证。

PM_2.5通过铁死亡途径加重哮喘炎症

在蟑螂提取物（CRE）诱导的哮喘小鼠模型中，PM_2.5暴露显著加剧了气道炎症细胞浸润和黏液分泌。而使用铁死亡抑制剂Liproxstatin-1（Lip-1）处理后，上述病理变化及支气管肺泡灌洗液（BALF）中嗜酸性粒细胞、中性粒细胞等炎症细胞数量均明显回落，肺组织炎症因子IL-6、IL-8水平同步下降，证实铁死亡是PM_2.5恶化哮喘的关键环节。

GPX4过表达逆转PM_2.5诱导的氧化损伤

在正常人支气管上皮（NHBE）细胞中，PM_2.5处理导致核心铁死亡抑制因子GPX4表达显著下调。通过构建GPX4过表达细胞模型，研究发现GPX4恢复可有效拮抗PM_2.5引发的ROS堆积、MDA升高及线粒体膜电位（Δψ）崩塌，并抑制IL-6/IL-8释放，明确GPX4在维持氧化还原平衡中的保护作用。

PM_2.5通过DNMT3A介导GPX4启动子高甲基化

机制深入挖掘显示，PM_2.5特异性上调DNA甲基转移酶DNMT3A（而非DNMT1或DNMT3B），进而促进GPX4启动子区CpG岛高甲基化。利用DNMT3A基因沉默（siRNA）技术，研究者证实敲低DNMT3A可逆转PM_2.5对GPX4表达的抑制及启动子甲基化水平，确立DNMT3A-GPX4轴在表观遗传调控中的核心地位。

临床样本验证GPX4甲基化与疾病严重程度关联

对轻度/中度和重度哮喘患儿PBMC的分析发现，重度患者GPX4启动子甲基化水平显著更高，且与GPX4蛋白表达呈负相关，而与血浆IL-6、IL-8水平正相关。这一临床数据直接将基础研究发现的分子机制与人类疾病表型紧密衔接。

本研究系统阐释了PM_2.5→DNMT3A↑→GPX4甲基化↑→铁死亡↑→哮喘恶化的因果链条，不仅为环境因素触发呼吸系统疾病提供了新颖的表观遗传解释，更提示DNMT3A抑制剂或GPX4激动剂可能成为干预PM_2.5相关哮喘的潜在策略。值得注意的是，研究者也指出未来需通过吸入给药等方式解决DNMT3A靶向治疗的潜在脱靶风险，体现了转化医学中的审慎思考。这项研究如同拼图的关键一块，将环境暴露、表观遗传与细胞死亡模式巧妙联结，为儿童哮喘的精准防治开辟了新的探索方向。