近十年來，隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與環(huán)保意識(shí)的持續(xù)提高，霧霾污染問題引發(fā)廣泛關(guān)注，粒徑≤2.5μm的細(xì)顆粒物（PM2.5）作為霧霾的主要成分，其對(duì)于人體健康的不利影響已非常明確。一是PM2.5短期內(nèi)增加對(duì)心腦血管意外、哮喘等疾病有直接關(guān)聯(lián)，二是PM2.5長期高水平對(duì)于肺癌、慢阻肺、動(dòng)脈粥樣硬化，乃至于總死亡率的升高均有明確關(guān)系。對(duì)于PM2.5急性與持續(xù)性升高下致病機(jī)制具有共性又存在差異的普遍特征，團(tuán)隊(duì)以短期與長期暴露的雙重視角，近年來系統(tǒng)性探索了PM2.5對(duì)角膜、晶狀體、脈絡(luò)膜、視網(wǎng)膜等各眼球亞結(jié)構(gòu)的作用。
其中，針對(duì)霧霾對(duì)角膜緣干細(xì)胞微環(huán)境影響的病理機(jī)制研究“Long-term PM2.5 exposure disrupts corneal epithelial homeostasis by impairing limbal stem/progenitor cells in humans and rat models”于今年7月率先發(fā)表。今年12月，研究論文“Acute and continuous exposure of airborne fine particulate matter (PM2.5): diverse outer blood-retinal barrier damages and disease susceptibilities”緊隨其后發(fā)表，描述了霧霾對(duì)眼底脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜色素上皮的不良影響。這是團(tuán)隊(duì)圍繞大氣污染相關(guān)性眼病連續(xù)發(fā)表七篇重磅系列論文之后，繼續(xù)深入探索取得的延續(xù)性成果。
“PM2.5急性和持續(xù)暴露下外血視網(wǎng)膜屏障不同的損傷和疾病潛在關(guān)聯(lián)”（2023）
“PM2.5長期暴露通過損傷角膜緣干/前體細(xì)胞破壞角膜上皮穩(wěn)態(tài)”（2023）
由于視網(wǎng)膜位于眼球內(nèi)部，并不與外界空氣直接接觸，因此空氣污染對(duì)視網(wǎng)膜的損傷作用長期以來往往受到忽視。那么眼底病是否與霧霾有聯(lián)系呢？就像PM2.5會(huì)進(jìn)入血液循環(huán)引起心血管系統(tǒng)的損害類似，眼底因其具備脈絡(luò)膜和視網(wǎng)膜血管豐富血液供應(yīng)的特點(diǎn)，同樣易受PM2.5的影響。目前已有來自各國的多項(xiàng)臨床研究在人群水平明確了PM2.5高暴露與年齡相關(guān)性黃斑變性（AMD）、視網(wǎng)膜中央動(dòng)脈阻塞（CRAO）等疾病存在關(guān)聯(lián)，并與視網(wǎng)膜血管管徑和視網(wǎng)膜各層厚度的變化相關(guān)。為了彌補(bǔ)PM2.5誘發(fā)視網(wǎng)膜疾病致病機(jī)制研究上的空白，團(tuán)隊(duì)于2022年6月在環(huán)境科學(xué)權(quán)威期刊Science of the Total Environment（IF：9.8）發(fā)文，提出PM2.5短期暴露將通過引起視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮的氧化應(yīng)激與鐵死亡，導(dǎo)致內(nèi)血視網(wǎng)膜屏障（iBRB）的通透性升高，從而增大視網(wǎng)膜水腫、滲出的風(fēng)險(xiǎn)。
“PM2.5暴露對(duì)內(nèi)血視網(wǎng)膜屏障的損傷及機(jī)制研究”（2022）
視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)態(tài)的維持除了有賴于完整的iBRB之外，外血視網(wǎng)膜屏障（oBRB）同樣至關(guān)重要。oBRB由關(guān)系緊密的視網(wǎng)膜色素上皮（RPE）和脈絡(luò)膜血管網(wǎng)組成，其屏障功能的損失往往是AMD等不可逆性致盲性眼病的共性病理因素，團(tuán)隊(duì)為進(jìn)一步探究PM2.5對(duì)oBRB的影響，以及更廣泛的眼底疾病潛在關(guān)聯(lián)，在Particle and Fibre Toxicology發(fā)表題為“Acute and continuous exposure of airborne fine particulate matter (PM2.5): diverse outer blood-retinal barrier damages and disease susceptibilities”的研究論文。作者首先在PM2.5短期暴露的小鼠中觀察到了部分區(qū)域RPE單層細(xì)胞完整性及細(xì)胞間緊密連接的破壞，以及RPE上方視網(wǎng)膜水腫的出現(xiàn)。并檢測到脈絡(luò)膜血管的局部擴(kuò)張、脈絡(luò)膜增厚與炎癥水平升高，這些病理改變及病程特征均與以中心性漿液性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變（CSC）為代表的厚脈絡(luò)膜譜系疾病十分相似。而在小鼠接受PM2.5長期暴露后，短期暴露時(shí)RPE缺損區(qū)域及緊密連接得到一定程度的不規(guī)則修復(fù)，視網(wǎng)膜水腫消失，但脈絡(luò)膜依舊處于炎癥上調(diào)狀態(tài)，并借助OCTA和掃描電鏡檢測到了視網(wǎng)膜新生血管的出現(xiàn)以及Bruch’s膜增厚等AMD早期特征性病理改變。為了探究PM2.5短期和長期暴露下脈絡(luò)膜血管網(wǎng)與RPE的相互作用，作者創(chuàng)新性地聚焦脈絡(luò)膜血管擴(kuò)張這一中樞性病理特征，構(gòu)建了拉伸的血管內(nèi)皮細(xì)胞與ARPE-19細(xì)胞共培養(yǎng)模型，在短期與長期共培養(yǎng)下均發(fā)現(xiàn)了與小鼠RPE相似的表現(xiàn)。
總而言之，該項(xiàng)研究首次在動(dòng)物模型上圍繞PM2.5不同暴露時(shí)長下oBRB的多種表型做了系統(tǒng)描述，從病理學(xué)角度提示了霧霾與AMD、CSC等高發(fā)眼底疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)聯(lián)性，并印證了脈絡(luò)膜血管擴(kuò)張是其中關(guān)鍵性的中樞環(huán)節(jié)，為霧霾相關(guān)眼底病的早期干預(yù)提供了潛在切入點(diǎn)。
圖：PM2.5短期暴露下小鼠RPE完整性受損引發(fā)視網(wǎng)膜水腫
圖：構(gòu)建拉伸的血管內(nèi)皮細(xì)胞與ARPE-19細(xì)胞共培養(yǎng)模型
圖：PM2.5短期和長期暴露下RPE與脈絡(luò)膜血管網(wǎng)的不同變化
角膜由于位于眼表直接與外界接觸，極易受到空氣污染物的損傷。角膜上皮是角膜抵抗外界刺激的第一道屏障，其更新與修復(fù)均來源于位于角鞏膜交界處的角膜緣干/前體細(xì)胞（LSPCs），LSPCs位于由血管、神經(jīng)、基質(zhì)細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、免疫細(xì)胞等共同組成的干細(xì)胞龕內(nèi)，其干性受各組分共同調(diào)節(jié)，LSPCs的損傷則會(huì)導(dǎo)致角膜上皮修復(fù)能力的嚴(yán)重抑制，影響角膜透明度甚至引起失明。
為了探明PM2.5暴露對(duì)于LSPCs有何影響，作者在Particle and Fibre Toxicology發(fā)表題為“Long-term PM2.5 exposure disrupts corneal epithelial homeostasis by impairing limbal stem/progenitor cells in humans and rat models”的研究論文，首先著眼于人群層面，通過自2018年至2022年就診于浙二眼科中心患者的眼前節(jié)OCT檢查數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)生活在PM2.5較高濃度地區(qū)的人群角膜緣上皮層更薄，表明PM2.5引發(fā)了LSPCs的損失。進(jìn)一步在大鼠模型中，長期暴露于PM2.5也導(dǎo)致了類似現(xiàn)象，以及LSPCs增殖和分化能力的減退。然而，在短期暴露的大鼠模型中，LSPCs的增殖和向角膜上皮分化的潛能被暫時(shí)激活。為深入探究其中機(jī)制，PM2.5短期暴露下大鼠角膜緣上皮組織的轉(zhuǎn)錄組測序表明，PM2.5影響下LSPCs的晝夜節(jié)律受到干擾。包括Per1、Per2、Per3和Rev - erbα在內(nèi)的晝夜節(jié)律基因表達(dá)在PM2.5短期和長期暴露模型中均顯著上調(diào)，表明晝夜節(jié)律參與了LSPCs的干性激活和抑制。最后，作者在大鼠模型上進(jìn)一步探究了PM2.5對(duì)角膜緣微環(huán)境的影響，主要表現(xiàn)為角膜基質(zhì)下神經(jīng)纖維密度、血管密度和血管通透性以及免疫細(xì)胞浸潤的變化，這些異常表現(xiàn)進(jìn)一步加劇了LSPCs的晝夜節(jié)律失調(diào)和增殖分化功能障礙。
綜上所述，本項(xiàng)研究從角膜緣微環(huán)境穩(wěn)態(tài)維持的全新視角，發(fā)現(xiàn)長期暴露于PM2.5會(huì)導(dǎo)致LSPCs功能紊亂和角膜上皮失代償，最終導(dǎo)致多種角膜疾病。并創(chuàng)新性提出晝夜節(jié)律紊亂與LSPCs的激活和失調(diào)有關(guān)，提示針對(duì)晝夜節(jié)律的治療可能會(huì)成為減輕霧霾相關(guān)角膜損傷的潛在手段。
圖：PM2.5暴露與人類角膜緣上皮厚度的關(guān)系
圖：長期慢性暴露于PM2.5將損害LSPCs的增殖和分化能力
圖：PM2.5短期和長期暴露下LSPCs晝夜節(jié)律和干細(xì)胞微環(huán)境的不同變化
今后，浙二眼科中心還將在前期研究基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探索霧霾相關(guān)性角膜病和眼底病的病理機(jī)制和治療靶點(diǎn)，篩選臨床藥物，并進(jìn)一步探索PM2.5與其他眼科疾病的潛在關(guān)聯(lián)，以期為社會(huì)公共衛(wèi)生政策的制定提供科學(xué)依據(jù)，為廣大患者提供疾病預(yù)防和治療的有效策略。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1186/s12989-023-00540-y
https://doi.org/10.1186/s12989-023-00558-2
團(tuán)隊(duì)圍繞大氣污染與眼健康系列論文：
1) Fu Q, Mo Z, Lyu D, et al. Air pollution and outpatient visits for conjunctivitis: A case-crossover study in Hangzhou, China. Environ Pollut. 2017;231(Pt 2):1344-1350.
2) Fu Q, Lyu D, Zhang L, et al. Airborne particulate matter (PM2.5) triggers autophagy in human corneal epithelial cell line. Environ Pollut. 2017;227:314-322.
3) Mo Z, Fu Q, Lyu D, et al. Impacts of air pollution on dry eye disease among residents in Hangzhou, China: A case-crossover study. Environ Pollut. 2019;246:183-189.
4) Lyu D, Chen Z, Almansoob S, et al. Transcriptomic profiling of human corneal epithelial cells exposed to airborne fine particulate matter (PM2.5). Ocul Surf. 2020;18(4):554-564.
5) Fu Q, Mo Z, Gu Y, et al. Association between outpatient visits for pterygium and air pollution in Hangzhou, China. Environ Pollut. 2021;291:118246.
6) Song F, Chen Z, Lyu D, et al. Expression profiles of long noncoding RNAs in human corneal epithelial cells exposed to fine particulate matter. Chemosphere. 2022;287(Pt 1):131955.
7) Gu Y, Hao S, Liu K, et al. Airborne fine particulate matter (PM2.5) damages the inner blood-retinal barrier by inducing inflammation and ferroptosis in retinal vascular endothelial cells. Sci Total Environ. 2022;838(Pt 4):156563.
8) Hao S, Chen Z, Gu Y, et al. Long-term PM2.5 exposure disrupts corneal epithelial homeostasis by impairing limbal stem/progenitor cells in humans and rat models. Part Fibre Toxicol. 2023;20(1):36. Published 2023 Sep 27.
9) Gu Y, Sheng F, Gao M, et al. Acute and continuous exposure of airborne fine particulate matter (PM2.5): diverse outer blood-retinal barrier damages and disease susceptibilities. Part Fibre Toxicol. 2023;20(1):50. Published 2023 Dec 18.
通訊作者：姚克 教授
主任醫(yī)師，博士生導(dǎo)師
通訊作者：傅秋黎 副研究員
博士，碩士生導(dǎo)師
第一作者：郝圣杰
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，博士研究生
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院眼科學(xué)直博生，師從姚克教授，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染與眼表疾病相關(guān)性及機(jī)制探索、生物力學(xué)在眼部疾病及眼發(fā)育中的作用研究，以第一/共同第一作者發(fā)表SCI論文數(shù)篇。
第一作者：顧宇舟
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，博士研究生
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院眼科學(xué)博士研究生，師從姚克教授和傅秋黎副研究員，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境污染相關(guān)視網(wǎng)膜疾病的機(jī)制探索、以再生晶狀體為模型探究白內(nèi)障致病機(jī)制和新治療手段，以第一/共同第一作者發(fā)表SCI論文數(shù)篇。
浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院眼科中心 浙江大學(xué)眼科醫(yī)院