CREST | 杜克大学张军锋团队：颗粒物氧化潜势——分析方法以及与颗粒物理化性质和健康效应间的联系

导 读

美国约翰霍普金斯大学何林宸博士和杜克大学张军锋（Jim Zhang）教授在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“颗粒物氧化潜势——分析方法以及与颗粒物理化性质和健康效应间的联系（Particulate matter (PM) oxidative potential: Measurement methods and links to PM physicochemical characteristics and health effects; DOI: 10.1080/10643389.2022.2050148; Published online: 15 Mar 2022）”的特邀综述。

颗粒物（particulate matter）暴露被认为主要通过在体内产生活性氧化物（ROS）来影响健康。颗粒物本身含有ROS，颗粒物也可通过和体内细胞或组织相互作用产生ROS。氧化潜势（Oxidative Potential）是颗粒物氧化组织或者细胞生物分子的一种能力。本篇综述总结了目前颗粒物氧化潜势的分析方法、颗粒物理化性质对其氧化潜势的影响、以及氧化潜势是否比质量浓度更能反映颗粒物健康效应的流行病学和毒理学证据。在两种主要的氧化潜势分析方法中，细胞分析法被认为比无细胞分析法更能反映颗粒物在生物系统中的行为与影响。近期流行病学研究报道短期颗粒物氧化潜势暴露与心肺健康风险具有显著相关性。与传统颗粒物质量浓度相比，现有证据支持颗粒物氧化潜势是与健康效应更相关的暴露指标，但在广泛使用该指标之前，必须解决一系列关键方法学问题。

图1 图文摘要（Graphic abstract）

主要内容

颗粒物质量浓度作为一种暴露指标被广泛用于各种颗粒物健康效应研究中，但相关结果却不统一。一部分流行病学研究没有发现颗粒物质量浓度暴露与健康效应间的显著相关性。这些不统一的结果引发了对颗粒物质量浓度是否能有效反映其健康效应的疑问。

颗粒物是一种复杂的混合物，随着地区、季节、排放源的不同，颗粒物的尺寸、化学组分也会发生变化，从而进一步改变其毒性。因此，有必要找到一种颗粒物暴露指标来充分反映颗粒物不同理化性质所带来的不同毒性。

颗粒物氧化潜势反映的是颗粒物氧化组织或者细胞生物分子的一种能力。大量毒理学研究发现颗粒物氧化潜势和其细胞毒性呈正相关。考虑到颗粒物暴露可通过产生氧化损伤来造成健康危害，越来越多的流行病学研究开始使用氧化潜势来作为颗粒物暴露指标。

颗粒物氧化潜势目前可主要通过两类方法进行分析：无细胞分析法和细胞分析法。无细胞分析法主要将颗粒物和不同化学试剂进行反应，通过测定抗氧化物质的损失或者氧化物的增加来确定氧化潜势。细胞分析法则通过将颗粒物、细胞、及化学试剂混合培养，通过测定相关反应产物来确定氧化潜势。相比于无细胞分析法，细胞分析法不仅能反映颗粒物本身所带ROS的氧化潜势，也能反映颗粒物和生物细胞相互作用所产生ROS带来的氧化潜势。因此，相比于无细胞分析法，细胞分析法所测定的颗粒物氧化潜势要更加全面。但已有氧化潜势的分析方法仍然有许多要改进的地方，尤其需要建立标准的分析流程。

已有流行病学研究表明颗粒物氧化潜势暴露与呼吸系统和心血管系统健康效应相关。另有研究发现与颗粒物质量浓度相比，颗粒物氧化潜势与呼吸系统健康效应的相关性更强。未来仍需开展类似研究探索颗粒物氧化潜势是否是更好反映心血管系统及其他健康效应的暴露指标。

总结与展望

越来越多的研究表明颗粒物的健康效应无法由其质量浓度或者单一组分所代表。颗粒物的氧化潜势有效地整合不同颗粒物理化特性的差异，并与生物系统相互作用的氧化活性直接相关，因此有望作为一种基于毒性的单一暴露指标。然而，现有的颗粒物氧化潜势测量方法并不规范，缺乏重现性和准确性。目前广泛使用的无细胞分析法虽然操作简单且成本低，但其无法像细胞分析法那样反映颗粒物与生物系统相互作用时所产生的ROS。本文建议近一步完善细胞分析法，例如规范方法所用的细胞株及相关实验参数、并开发实时颗粒物氧化潜势测定方法。当前流行病学和毒理学研究支持使用颗粒物氧化潜势作为与健康效应相关的暴露指标。然而，在广泛使用该指标前，需要更多研究来开发标准化、可重复、准确性高的分析方法。

作者简介

第一作者简介：

何林宸，博士，约翰霍普金斯大学博士后研究员，2020年于杜克大学获得博士学位。他的研究兴趣是探索传统和新兴环境风险因子暴露所致的健康风险、潜在机制、及应对策略。目前主要关注的两个环境风险因子是空气污染物和气候变化相关的高温暴露。

通讯作者简介：

张军锋（Jim Zhang），博士，杜克大学全球与环境健康教授，杜克大学暴露生物学和化学实验室主任。2007年诺贝尔和平奖官方认定贡献者，2012年获得国际暴露科学会最高奖项（Jeremy Wesolowski Award），美国科学促进会会士。主要研究兴趣为开发暴露和健康效应相关的生物标记物以及探究环境暴露健康效应的生物学机制。

|撰稿：约翰霍普金斯大学何林宸博士和杜克大学张军锋教授

|编排：曾镜羽

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