CREST | 大气光化学反应对PM2.5毒性的影响

导读

斯坦福大学和北京大学合作团队在Critical Reviews In Environmental Science and Technology (CREST, 环境科技评论)上发表了题为“大气光化学反应对PM₂.₅毒性的影响（Photochemical impacts on the toxicity of PM₂.₅）”的综述。大气细颗粒物（PM₂.₅）拥有极小的颗粒半径且可以作为多种污染物的载体，是大气中的主要污染物之一，近年来持续对环境生态和公共健康构成巨大威胁。PM₂.₅组分中，由前体污染物形成的二次气溶胶占很大比重，而光化学反应在其形成转化过程中发挥着重要作用。这篇综述系统总结了PM₂.₅中二次有机气溶胶（SOAs）、二次无机气溶胶（SIAs）以及部分金属组分在大气中的光化学形成过程，并通过比较这三类二次气溶胶与其前体物质的毒性，探讨了大气光化学反应对PM₂.₅体系毒性的影响，为空气污染及其健康风险的防控提供了全新的思路。

图1 图文摘要

主要内容

PM₂.₅中的SOAs按照来源可分为自然源SOAs和人为源SOAs。前者的前体物以异戊二烯和α/β蒎烯为主的植物源性可挥发有机物为代表，而后者的前体物质则以多环芳烃（PAHs）为代表。通过对现有体内、体外毒理学实验的总结发现，SOAs在炎症反应、氧化应激以及致癌致突变毒性上均强于其前体物质。因此，设法尽量避免将毒性较小的有机污染物前体转化为毒性更大的SOAs可能是一种减轻大气中SOAs相关的健康风险的新方法。

表1 SOAs与其前体物质的毒性比较

PM₂.₅中的SIAs分为含氮SIAs（如硝酸盐和亚硝酸盐）和含硫SIAs（如硫酸盐和亚硫酸盐），前体物质分别是大气中的氮氧化物和硫氧化物。在SIAs毒性的研究中，环境流行病学研究在数量上占据绝对主导，相对而言动物实验和细胞实验相对欠缺。尽管有研究指出吸入SIAs可能与某些炎症分子的过表达有关，但现有文献并未显示SIAs可能导致健康成年人面临严重的健康风险。相反，SIAs的前体氮/硫氧化物的毒性则有充分的毒理学证据支持。因此，利用光化学反应将毒性更大的无机污染物前体转化为毒性较小的SIAs可能是一种避免大气中与NH₃，NOx和SO₂相关的健康风险的新方法。

图2 SIAs与其前体物质的毒性比较

虽然PM₂.₅中的金属组分不是由前体物质经过光化学反应生成的，但研究证实，金属价态的改变可由光照引起。同时部分金属会作为催化剂参与到SOAs和SIAs生成的光化学反应当中。考虑到不同价态的毒性差异，可以推断光化学反应间接影响PM₂.₅中金属组分的毒性。

总结与展望

文章通过系统总结既往研究进展，探讨了PM₂.₅中SOAs、SIAs和金属组分的光化学形成过程以及反应前后的毒性改变。文章指出大部分SOAs比其前体物VOCs的毒性更强，而大部分SIAs比其前体物氮/硫氧化物的毒性更弱。同时，光照还能通过影响金属的价态间接影响其毒理学属性。文章提出通过调控大气光化学反应降低PM₂.₅中污染物总体毒性的可能性，为空气污染及其健康风险的防控提出了全新的思路。

作者简介

第一作者：

徐佳琳，北京大学公共卫生学院2017级本科生。研究方向为环境流行病学。联系邮箱：[e-mail]。

共同作者：

胡文欣，博士，毕业于北京大学城市与环境学院，师从胡建英教授。现北卡罗来纳大学教堂山分校医学院博士后。研究方向为环境毒理学。联系邮箱：[e-mail]。

梁东海，博士，埃默里大学公共卫生学院环境健康系助理教授。研究方向为暴露科学，分子流行病学，代谢组学。联系邮箱：[e-mail]。

通讯作者：

高鹏，博士，毕业于佛罗里达大学农业与生命科学学院，师从马奇英 (Lena Q. Ma) 教授。现斯坦福大学医学院博士后，Chemosphere编委。研究方向为环境健康和暴露组学。联系邮箱：[e-mail]。

点击下方蓝字阅读原文

环境科技评论CREST

回溯展望·美丽世界

公众号投稿、合作：[e-mail] 

往期推荐