納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展_襲著革

1、收稿日期：2009 - 04 - 20 錄用日期：2009 - 05 - 24基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目 （No. 20877102 ）；國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 （863 ） 項(xiàng)目 （No. 2006AA03Z330 ）；國(guó)家環(huán)保部公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng) （ No. 200709048 ）作者簡(jiǎn)介：襲著革 （ 1966— ），男，研究員；* 通訊作者 （ Corresponding author ），E-mail: xzg@tj.edu.c

2、n納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展襲著革 *軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生學(xué)環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所， 天津 300050摘要：隨著納米材料生物安全性及納米毒理學(xué)相關(guān)研究的深入， 納米尺度物質(zhì)對(duì)心血管系統(tǒng)的潛在危害受到極大關(guān)注. 論文綜述了納米尺度物質(zhì)對(duì)心血管系統(tǒng)影響的流行病研究和實(shí)驗(yàn)研究的最新進(jìn)展，探討了納米尺度物質(zhì)對(duì)心血管系統(tǒng)影響的分子機(jī)制， 提出了心血管系統(tǒng)是納米尺度物質(zhì)所致毒性效應(yīng)的主要靶點(diǎn)之一的觀點(diǎn)， 在此基礎(chǔ)上對(duì)納米尺度物質(zhì)對(duì)心血管系統(tǒng)影響研究

3、的發(fā)展方向進(jìn)行了展望.關(guān)鍵詞：納米材料；生物安全性；心肺組織損傷；炎性信號(hào)傳遞；心血管系統(tǒng)損傷文章編號(hào)：1673 - 5897 （2010 ） 1 - 001 - 08 中圖分類(lèi)號(hào)：R994.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AResearch Progress of the Influences of Nanoscale Materials on theCardiovascular SystemXI Zhu-ge*Institute of Health

4、 and Environmental Medicine, Academy of Military Medical Sciences, Tianjin 300050Received 20 April 2009 accepted 24 May 2009Abstract：With the development of the researches of biological safety of nano -materials and nono

5、toxicology, the potentialharmful effects of nanoscale materials on cardiovascular system are becoming critical. In this paper, the epidemiological andexperimental studies of toxic effects on cardiovascular system induced

6、 by nanoscale materials, and their molecularmechanism, were reviewed and discussed, and the opinion that cardiovascular system is one of the main target systems thatthe nanoscale materials attack were offered. Finally, t

7、he future research direction of toxicological effects of nanoscalematerials on cardiovascular system was also prospected based on the current knowledge.Keywords： nanoscale materials；biological safety；damages of heart and

8、 lung tissues；inflammatory signal transmission；damage of cardiovascular system2010 年 第 5 卷第 1 期，1-8生 態(tài) 毒 理 學(xué) 報(bào)Asian Journal of EcotoxicologyVol. 5, 2010No. 1, 1-8襲著革：納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展 第 1 期米材料的人體暴露以呼吸道吸入為主，而經(jīng)呼吸道吸入的納米顆粒，其

9、尺寸效應(yīng)與對(duì)心血管系統(tǒng)的影響和毒作用的關(guān)系最為直接. 納米顆粒依據(jù)顆粒尺度的不同而沉積到鼻咽部、 支氣管和肺泡，顆粒越小沉積的部位越深， 一經(jīng)到達(dá)肺間質(zhì)部位，就會(huì)穿過(guò)肺泡上皮細(xì)胞進(jìn)入間質(zhì)組織到達(dá)血液循環(huán)， 或進(jìn)入淋巴循環(huán)后進(jìn)而轉(zhuǎn)移到血液中， 然后分布到全身. 而進(jìn)入血液的納米材料參加到全身的血液循環(huán)， 就有可能對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生影響； 2） 通過(guò)其他途徑例如經(jīng)消化道攝入、皮膚接觸或是醫(yī)療注射，納米材料最終也都將進(jìn)入血流并通過(guò)血液輸送分布全

10、身； 3） 吸入納米顆粒產(chǎn)生的后果嚴(yán)重. 心血管疾病屬于人類(lèi)重大疾病，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康與生命. 有證據(jù)表明污染空氣中可吸入顆粒物可增加血管疾病的發(fā)病率和死亡率 （Peters etal., 2004; Mills et al., 2007） ， 而且發(fā)現(xiàn)懸浮顆粒中的超微顆粒物即納米顆粒物可能起到主要作用（Yamawaki and Iwai, 2006） ； 4） 納米顆粒誘發(fā)或加重心血管疾病的途徑與機(jī)制復(fù)雜：可能的途徑包括肺損傷介導(dǎo)的炎

11、性反應(yīng)對(duì)心血管系統(tǒng)的影響；納米顆粒進(jìn)入血循環(huán)后對(duì)心血管系統(tǒng)產(chǎn)生的直接影響；對(duì)肺外組織的影響及其介導(dǎo)的心血管系統(tǒng)損傷等.2 納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的流行病學(xué)證據(jù)目前關(guān)于納米材料對(duì)心血管影響的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究證據(jù)仍然非常有限. 但來(lái)自近 30 年來(lái)開(kāi)展的大氣顆粒物與心血管疾病相關(guān)性的大量流行病學(xué)研究資料表明， 空氣中可吸入顆粒物 （PM10 ） 和細(xì)顆粒物 （PM2.5 ） 日平均濃度與心血管疾病發(fā)病率和死亡率明顯相關(guān) （Delfino e

12、t al., 2005） . 其中 20 世紀(jì) 90 年代哈佛六城市研究和美國(guó)癌癥協(xié)會(huì) （ACS）隊(duì)列研究得到了廣泛公認(rèn)并被大量引用，這兩項(xiàng)隊(duì)列研究均證實(shí)大氣顆粒物的長(zhǎng)期暴露與人群心血管疾病死亡率的上升相關(guān)， 且 PM2.5 與死亡率變化 的 關(guān) 系 遠(yuǎn) 較 PM10 密 切 （Dockrey et al., 1994;Pope et al., 1995） . 其中 ACS 的研究提出 PM2.5 每增 加 10μg· m -

13、3，心 血 管 疾 病 死 亡 率 危 險(xiǎn) 度 升 高（RR=1.18， 95%CI1.14~1.23） ，其中以缺血性心臟病最為明顯； 心律不齊、 心衰、 心跳驟停的危險(xiǎn)度也升高 （RR=1.13， 95%CI1.054~1.21） . 雖然導(dǎo)致心血管疾病的致病因素很多， 如吸煙、 酗酒、 膳食不平衡、 遺傳、 原有疾病 （如高血脂、 肥胖、 高血壓等）等， 但 PM2.5 的影響不容忽視. 例如， Pope 等 （2002）在大氣污

14、染的長(zhǎng)期健康效應(yīng)研究中發(fā)現(xiàn)在控制了飲食、 污染物聯(lián)合作用等混雜因素后 PM2.5 的年平均濃度每增加 10μg · m -3，心血管死亡率上升 6%.他們的另一項(xiàng)也研究表明，在控制了時(shí)間趨勢(shì)和氣候因素后， PM2.5 每上升 10μg· m -3，因呼吸系統(tǒng)及心血管疾病的入院人數(shù)上升 3.3%； PM2.5 每上升1.0μg· m -3 （相對(duì)于平均值 18.0μg· m -3 ） ， 心律失常的

15、入院人數(shù)增加 4.33%； PM2.5 每上升 3.0μg· m -3，缺血性心臟病和心衰的入院人數(shù)分別增加 5.73%及 4.70% （Pope et al., 2004） . 由于技術(shù)手段的限制，上述幾個(gè)大規(guī)模流行病學(xué)實(shí)驗(yàn)未能對(duì)空氣中的超細(xì)顆粒物即納米顆粒物對(duì)人群心血管系統(tǒng)的影響開(kāi)展研究. 但近年來(lái)隨著納米尺度物質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，一些針對(duì)空氣中成分復(fù)雜的超細(xì)顆粒物或人造納米顆粒對(duì)人群心血管系統(tǒng)影響的小規(guī)模流行病學(xué)研究也有所

16、開(kāi)展，找到了一些直接的證據(jù). 例如， 研究發(fā)現(xiàn)， 顆粒物質(zhì)與心臟缺血、 心律 不 齊 、 血 壓 增 高 、 心 率 變 異 性 （heart ratevariability, HRV） 降低以及外周血中提示有炎癥與血栓形成的循環(huán)標(biāo)志物的增加之間存在著高度關(guān)聯(lián)； 暴露于高濃度超細(xì)顆粒物后， 通過(guò)活性氧的氧化應(yīng)激反應(yīng)， 可導(dǎo)致全身性炎癥， 從而促使動(dòng)脈粥樣硬化的形成以及引起從血壓增高到心肌梗塞等一 系 列 心 血 管 急 性 反 應(yīng) （D

17、elfino et al., 2005） .Pekkanen 等 （2002） 發(fā)現(xiàn)空氣中超微顆粒能使冠心病患者心電圖的 sT 段壓低， 超微顆粒濃度越高 sT段壓低危險(xiǎn)性越大，這可能與心肌缺血性疾病發(fā)生相關(guān).曾有研究認(rèn)為大氣顆粒物所導(dǎo)致的心血管系統(tǒng)的健康危害是源于顆粒物載帶的金屬成分， 特別 是 鎳 （Ni）起 到 了 關(guān) 鍵 的 作 用 （Lippmann et al.,2006） ，但近年來(lái)的一些研究證據(jù)表明實(shí)際情況要復(fù)雜得多.

18、例如： 健康人群吸入單純的納米碳顆粒后，也可導(dǎo)致血液白細(xì)胞的分布和表面的黏附分子 表 達(dá) 發(fā) 生 改 變 ； 單 核 細(xì) 胞 上 黏 附 分 子 CD54、CDI8 和粒細(xì)胞上 CD18、 CD94d 表達(dá)降低；同時(shí)血液中粒細(xì)胞、 嗜堿性粒細(xì)胞、 嗜酸性粒細(xì)胞呈劑量相關(guān)性減少， 淋巴細(xì)胞活化標(biāo)志物 CD25 表達(dá)增加（Frampton et al., 2006） .3 納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的實(shí)驗(yàn)研究動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也表明， 不