柴油颗粒物致组织驻留肺泡巨噬细胞吞噬功能损伤驱动肺表面活性物质蓄积

《Advanced Biotechnology》：Phagocytotic impairment of tissue-resident alveolar macrophages by diesel particulates drives pulmonary surfactant accumulation

　　

大气颗粒物，尤其是柴油颗粒物（diesel particulate matter, DPM），是空气污染的核心组分，对肺部健康构成显著威胁。组织驻留肺泡巨噬细胞（tissue-resident alveolar macrophages, TR-AMs）主导肺泡免疫微环境，对免疫监视与肺表面活性物质稳态至关重要。既往研究多关注颗粒物对巨噬细胞的整体影响，但针对TR-AMs这一肺内最优势巨噬细胞谱系的关键生理功能——趋化与吞噬——的损伤机制尚不明确。研究人员发现，DPM暴露显著改变小鼠TR-AM细胞系MH-S的基因表达谱，尤其下调细胞骨架肌动蛋白动力学、趋化及细菌识别相关基因。MH-S细胞与原代TR-AMs均表现出对大肠杆菌（Escherichia coli）与金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的迁移与吞噬能力下降，伴随丝状肌动蛋白（filamentous actin, F-actin）聚合与丝状伪足形成减少。细胞松弛素D处理进一步证实肌动蛋白重塑在细菌吞噬中的关键作用。体内实验中，DPM暴露降低高吞噬活性TR-AMs的比例，同时肺表面活性物质清除效率下降，导致过碘酸希夫（Periodic acid-Schiff, PAS）阳性颗粒蓄积、表面活性蛋白D（surfactant protein D, SP-D）升高及肺泡与支气管肺泡灌洗液（bronchoalveolar lavage fluid, BALF）中脂质过量堆积。BALF组分分析进一步显示，DPM暴露小鼠体内磷脂酰胆碱、神经酰胺与胆固醇过度蓄积。综上，DPM通过破坏TR-AMs中F-actin依赖的迁移与吞噬功能，削弱肺泡免疫监视与表面活性物质稳态，揭示了空气污染损害肺防御的关键机制，为颗粒物相关呼吸系统疾病的发病机制提供了新视角。

该研究聚焦柴油颗粒物（DPM）对组织驻留肺泡巨噬细胞（TR-AMs）功能的损伤机制及其病理后果。研究背景指出，DPM作为PM_2.5的核心组分可深入肺泡，而TR-AMs是维持肺泡免疫监视与表面活性物质稳态的核心效应细胞，但DPM对其特异性功能的损伤机制尚未明确。既往研究多依赖单核细胞来源的巨噬细胞模型，无法反映TR-AMs的生理特征，且缺乏对趋化与吞噬功能联合损伤的系统解析。为此，研究人员通过开展体外细胞暴露、体内小鼠气管滴注模型及多组学分析，证实DPM通过抑制Rac1/Cdc42–WASP–Arp2/3信号轴阻断F-肌动蛋白（F-actin）聚合，导致TR-AMs迁移与吞噬功能双重受损，进而引发肺表面活性物质清除障碍，最终驱动继发性肺泡蛋白沉积症（PAP）样病理改变。该研究成果发表于《Advanced Biotechnology》，为阐释空气污染相关呼吸疾病的发病机制提供了新的细胞与分子层面证据。

研究人员采用的主要关键技术方法包括：构建小鼠DPM急性暴露模型（BALB/c雄性小鼠，气管内滴注15 mg/kg DPM，共2次）；分离纯化原代TR-AMs并进行流式细胞术鉴定（CD45^highSiglecF⁺表型）；利用Transwell实验评估细胞趋化迁移能力；通过pHrodo标记细菌结合流式细胞术与免疫荧光定量吞噬功能；采用RNA测序分析差异表达基因；借助靶向脂质组学技术检测支气管肺泡灌洗液（BALF）中脂质组分变化；并通过过碘酸希夫（PAS）染色评估肺组织病理改变。

研究结果如下：

3.1 DPM诱导小鼠AM MH-S细胞广泛基因表达改变。研究人员通过RNA测序发现，DPM暴露后MH-S细胞中287个基因上调、219个基因下调，通路富集显示吞噬体/肌动蛋白细胞骨架调控、细菌识别及细胞因子-受体互作相关基因显著紊乱，RT-qPCR与流式细胞术验证了整合素Itgal（CD11a）、Itgam（CD11b）等关键分子的低表达，提示DPM可能损伤AM的运动与吞噬能力。

3.2 DPM抑制MH-S细胞的趋化迁移能力。Transwell实验显示，DPM预处理显著降低MH-S细胞向感染部位条件培养基的跨膜迁移能力，但趋化因子阵列分析表明DPM不影响趋化因子的分泌水平，提示损伤主要源于趋化受体信号与细胞运动能力的缺陷。

3.3 DPM损伤AM的吞噬功能。体外实验证实DPM暴露后MH-S细胞对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌及酵母聚糖的吞噬能力显著下降；体内实验进一步显示，DPM暴露小鼠原代TR-AMs对细菌的吞噬效率降低，高吞噬活性细胞比例减少，且该损伤可持续至暴露后8周，呈缓慢恢复趋势。交叉培养模型表明，直接DPM暴露是功能损伤的主导因素，上皮细胞旁分泌仅发挥次要作用。

3.4 DPM通过抑制细胞骨架重塑依赖性吞噬损伤AM功能。免疫荧光结果显示，DPM暴露降低MH-S细胞与原代TR-AMs的F-actin聚合水平与丝状伪足形成；细胞松弛素D处理直接阻断肌动蛋白聚合后，吞噬功能被显著抑制。机制研究显示，DPM下调Rac1、Cdc42、WASP家族及Arp2/3复合物等关键基因的表达，提示Rac1/Cdc42–WASP–Arp2/3信号轴紊乱是细胞骨架重塑失败的上游原因。

3.5 DPM诱导AM功能障碍破坏肺表面活性物质稳态。体内实验发现，DPM暴露小鼠肺泡腔内出现PAS阳性颗粒蓄积，BALF中总蛋白、表面活性蛋白D（SP-D）水平显著升高，表面活性蛋白A（SP-A）轻度下降，乳酸脱氢酶（LDH）活性增加提示细胞损伤。靶向脂质组学显示BALF中磷脂酰胆碱（PCs）、神经酰胺（Cers）与胆固醇过度堆积；体外实验进一步证实DPM抑制MH-S细胞对胆固醇的摄取能力，表明TR-AMs的吞噬缺陷直接导致表面活性物质清除障碍，诱发继发性PAP样病理改变。

讨论部分总结：研究人员指出，DPM作为PM_2.5的重要组分，通过损伤TR-AMs的F-actin依赖的趋化与吞噬功能，同时破坏肺泡免疫监视与表面活性物质稳态，增加感染易感性并驱动继发性肺泡蛋白沉积症的发生。相较于既往基于单核细胞来源巨噬细胞的研究，该研究首次在TR-AMs层面系统解析了DPM的功能损伤机制，明确了肌动蛋白重塑通路的核心作用。研究局限性在于未直接验证原代TR-AMs的趋化功能，且Rac1/Cdc42通路的因果关联仍需基因操纵实验进一步确认。此外，急性暴露模型的剂量换算提示该结果对职业暴露人群具有重要参考意义，但长期低浓度吸入的病理效应仍需后续研究验证。该研究为理解空气污染相关呼吸疾病的发病机制提供了新视角，也为继发性PAP的环境病因学增添了关键证据。