香港教育大学/南方科技大学黄铭洪团队在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“室内环境中超细颗粒物的污染特征、毒性机制及健康影响——现状与展望（Pollution characteristics, mechanism of toxicity and health effects of the ultrafine particles in the indoor environment: Current status and future perspectives; DOI: 10.1080/10643389.2020.1831359; Published online: 13 Oct 2020）”的重磅综述。直径<0.1 µm的超细颗粒物（ultrafine particles, UFPs）正在成为大气中最主要和最丰富的颗粒物类型。目前人类对UFPs的暴露已经急剧增加，尤其是大多数人80%到90%的时间都生活在室内环境。由于极小的尺寸，这使得UFPs被认为会有更强的侵入性从而对健康造成更严重的危险。然而，之前的大部分研究主要集中在 PM10 和 PM2.5颗粒物上，对 UFPs的了解相对缺乏。本文旨在对 UFPs 的来源、成分、理化特性、潜在接触途径、毒性机制和健康影响进行评论性概述，以确定目前的研究短板，并探讨未来的研究方向和前景。空气吸入是人体暴露UFPs的主要途径，吸入的超细颗粒物可以深入呼吸道，进入人体从而对健康产生危害，造成包括从常见的短暂性呼吸不畅到心血管和呼吸系统引发的疾病，以及肺癌、脑部疾病和其他致畸致癌等疾病和死亡。由于比表面积大，这些颗粒可以运输其他各种环境污染物，导致组织和细胞损伤，导致氧化应激和炎症增强。为了解决UFPs造成的环境负担和健康后果，我们建议应引入适当的空气质量指南，并在未来加强人类健康症状与超细颗粒物理化性质之间关系的研究，尤其需要关注UFPs在人体内的化学转化机制、生物学行为和毒理效应。
图1 图文摘要（Graphic abstract）
UFPs来源于自然和人类活动，通常，自然燃烧（森林火灾、火山 - 热熔岩）以及有意和无意的人为活动（如生物质燃烧、发电厂、焚化炉、机动车辆等）排放纳米尺寸的颗粒（图2）。室内UFPs来源主要是通过烹饪（燃气、电炉）、烤箱和吸烟（香烟）等。烹饪过程占家庭室内UFPs暴露总量的约50%，而通风式气体干燥器被认为是第二大来源，占总暴露的6%。人体暴露UFPs的途径为呼吸，眼部和皮肤接触。由于尺寸小和表面积与体积比大，UFPs可以吸附高浓度的有机气体和金属元素，导致形成包覆或团聚的大颗粒，是人类健康和潜在毒性的决定性因素。未来的毒理学研究应侧重于UFPs和相关污染物对人类健康的综合毒性作用。
图2 UFPs在室内环境中归宿的排放源、传输和转化机制
许多研究报告了UFPs与健康不良影响之间的关联。然而，UFPs在导致各种健康障碍方面的确切作用仍然未知。因为尺寸极小和比表面积大会增加它们在人体深处的渗透和沉积，从而导致各种健康风险（图3）。进入人体后，UFPs会不断与身体细胞接触，导致身体的亚临床变化，例如炎症、免疫系统失调和代谢综合征。这些将导致暴露组织中的感染和过敏，导致日常的不良症状，如扁桃体炎、角膜擦伤、鼻腔刺激或哮喘、息肉病、心血管和肺部疾病加重等疾病，甚至会导致死亡。
图3 UFPs在人体内的暴露及可能的摄取和转运途径
呼吸是颗粒物进入人体的最主要方式。呼吸时，UFPs首先会进入鼻腔，然后沿着包括气管、支气管和肺泡在内的呼吸道部分向下移动。进入呼吸道后，UFPs被认为首先会与包括组织细胞后面的粘液层在内的粘膜相互作用。肺泡 1 型上皮细胞负责UFPs的内吞，尽管其中大部分在深入肺部时难以彻底过滤。研究表明，1 型上皮细胞的内吞作用导致细胞自噬，这是由 UFPs诱导的上皮损伤引起的。由于UFPs的内吞作用，支气管上皮细胞变得活跃，导致粘液分泌过多。粘液或肺表面活性物质 (PS) 的分泌受 2 型上皮细胞和Clara细胞的控制，以维持动态平衡。然而，UFPs在人体的沉积导致PS成分（如蛋白质和磷脂）的水平发生了显着变化，继而导致肺毒性。这些沉积的UFPs更有可能通过仅包含单层上皮细胞的肺-血液-空气屏障进入人体循环系统并与肺外组织接触。尽管已经发现即使是纳米尺寸范围的颗粒也不能通过这些紧密连接，而只能通过上皮细胞体的迁移通过。细胞膜中沉积的UFPs可能通过氧化应激导致活性氧的产生和促炎介质的转录（图4）。
图4 UFPs诱导毒性效应的分子机制
虽然之前已经对大气中其他粒径的颗粒物进行了大量研究，但仍然缺乏关于UFPs的污染、浓度、分布和健康风险的综合数据。需要开发更加适当的方法，例如通过同步方法和全球监测程序进行检测和健康影响分析。评估自然和人为活动对UFPs污染的贡献也很重要，例如使用标准化的计量单位有助于在全球范围内进行数据验证和比较。到目前为止，还没有针对UFPs的空气质量标准。考虑到UFPs和吸附在其表面的化学物质日益增加的健康负担，应实施适当的空气质量指南、政策和立法，以尽量减少和克服它们的环境污染和健康影响。基于UFPs污染的现状和潜在的健康风险，建议未来的研究重点关注健康症状与UFPs理化性质（结构、化学成分、表面积和来源）之间的具体关系，尤其是化学转化机制、生物学行为和毒理作用。研究UFPs对弱势群体（老年人和儿童）的影响似乎是当务之急，特别是对预先存在心血管和呼吸系统问题的患者的影响，以及细胞对颗粒大小、数量和表面积的反应，以预测毒性和症状。我们建议启动与UFPs相关的长期和亚慢性人类毒理学研究，并制定适当的预防和治疗策略，以克服UFPs对人类健康的威胁生命的影响。
Muhammad Ubaid Ali，现为中国科学院地球化学研究所特聘副研究员，曾为南方科技大学博士后（2019~2021年），博士毕业于中国科学技术大学（2019年）。主要研究方向为环境地球化学和室内空气污染、潜在有毒元素的转化机制和归宿、环境污染、健康风险评估、生物监测和矿物质与环境污染物的相互作用。林思怡，香港浸会大学与南方科技大学联合培养在读博士生，主要研究方向为基于代谢组学的新型污染物的环境行为和生物效应。黄铭洪，香港教育大学环境科学顾问/讲座教授，担任Environmental Geochemistry and Health期刊主编。研究领域包括环境健康和毒理学、环境修复和资源再生利用。已发表SCI收录论文约800篇，Google Scholar总被引次数58895次，h指数123；Scopus 总引用数38947次，h指数101。