空气污染是全球性的公共卫生问题，其中的细颗粒物(PM2.5)是影响人类健康的重要危险因素。生物气溶胶作为PM2.5中重要的环境暴露，长期暴露于生物气溶胶可增加呼吸系统、循环系统和消化系统疾病的发病率。此外，血液中高浓度的生物气溶胶已被发现会加速身体的生理衰老过程。然而，与生物气溶胶相关的血管老化的潜在机制尚不清楚。
2024年10月22日，南方医科大学区彩文教授团队在Advanced Science杂志发表题为“Chronic Exposure to Bioaerosols in PM2.5 from Garbage Stations Accelerates Vascular Aging via the NF-κB/NLRP3 Pathway”的文章。该研究发现源自垃圾站生物气溶胶群落中的一株山羊葡萄球菌AS22a，通过激活NF-κB/NLRP3信号通路上调炎症因子并加速细胞衰老和血管老化，这可能是PM2.5中生物气溶胶诱导血管老化的主要机制。
该研究首先纳入了8144名参与者，结果表明，与PM2.5暴露量最低的参与者相比，PM2.5暴露量最高四分位数的参与者发生重大不良心血管事件的风险增加35%(HR, 1.35; 95%CI, 1.14–1.60)。
生物气溶胶作为PM2.5中的重要环境暴露，研究人员在家庭垃圾站环境中采样发现存在高浓度的条件致病性生物气溶胶，且大部分生物气溶胶颗粒足够小，可以吸入下呼吸道并沉积在肺泡中。长期接触这种生物气溶胶可能会对人体的各种器官系统产生潜在的毒性作用，从而对健康构成重大威胁。
为了研究生物气溶胶及其通过与体内慢性炎症相关的特定潜在机制对血管老化的影响，研究人员首先将小鼠长期暴露在生物气溶胶中。结果发现，暴露组小鼠衰老相关半乳糖苷酶(SA-β-gal)有明显的蓝色染色，Western blot和q-PCR分析衰老相关基因P53和P21表达显著增加。HE、Masson、EVG染色提示颈动脉管腔明显增大，胶原纤维含量增加，且弹性纤维失去正常的形态，表明发生了血管老化。
随后，研究人员从采样的气溶胶中分离纯化出相对丰度最高的3种细菌(命名分别为AS22a、AS67和L243)，发现AS22a对细胞的衰老影响更重，且AS22a干预导致细胞阻滞在G1期，而与年龄相关的基因P16则显著升高。此外，AS22a还可以抑制HUVECs增殖和迁移。以上结果均表明，AS22a可以促进血管内皮细胞衰老，后续动物体内实验也证明了这一点。
既往研究表明，微生物可以通过上调NF-κB的转录活性来介导NLRP3炎症蛋白的组装和激活，从而促进炎症反应。这些发现提示，NF-κB和NLRP3与炎症的激活密切相关。研究人员在AS22a诱导的HUVECs衰老过程中，观察到NF-κB信号通路的激活。此外，经NF-κB抑制剂PDTC进一步处理后，AS22a对HUVECs的衰老作用减弱，同时NLRP3、IL-1β和IL-18的表达下调。这些数据表明，生物气溶胶中AS22a可能被NLRP3炎症小体识别，介导炎症因子的合成和释放、炎症细胞的募集，参与血管内皮细胞的衰老过程。
综上，该研究首次证实了PM2.5中的生物气溶胶可以通过NF-κB/NLRP3信号通路加速血管内皮细胞衰老。这不仅表明，长期暴露于PM2.5中高浓度的有害生物气溶胶对人体健康有害，同时为评估某些特殊行业的职业暴露风险提供参考。
文章全文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202404142
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