大氣細顆粒物對血小板的影響及作用機制

宋麗瑩 趙金鐲

細顆粒物（Fine particulate matter，PM2.5）作為空氣污染的首要污染物，與多種疾病的發生發展密切相關。血小板是血栓形成的重要介質，參與了機體免疫、反應和炎癥反應，與動脈粥樣硬化、心肌梗死和卒中密切相關。盡管多項研究顯示PM2.5的吸入暴露能夠增加心肌梗死、卒中和動脈粥樣硬化的發生發展，但其對血小板影響的相關研究較少，具體的致血小板損傷的機制也有待進一步探索。

空氣污染，尤其是細顆粒物（Fine particulate matter，PM2.5）污染與人類健康的關系受到越來越多的重視。PM2.5作為室外和室內空氣污染的首要污染物，與呼吸系統疾病、循環系統疾病和代謝綜合征的關系在流行病學和毒理學研究中已經得到了廣泛論證。其中，PM2.5與心血管疾病、血栓形成、動脈粥樣硬化等相關健康問題的研究頗多。

血小板是重要的循環血細胞，無細胞核，胞內含有大量顆粒（α 顆粒、致密顆粒、溶酶體）。在血管損傷的部位，血小板通過滾動、黏附的過程，再通過膜受體識別受損血管壁暴露的血管性血友病因子（von Willebrand factor，VWF）/膠原（Collagen），起始血小板的黏附和活化。隨后，血小板內的顆粒在血小板活化后釋放，正反饋促進血小板激活，完成止血過程。

血小板是免疫反應、炎癥反應和血栓形成的重要介質，與動脈粥樣硬化、心肌梗死和卒中的發生發展密切相關。盡管目前多項研究顯示PM2.5的吸入暴露能夠增加心肌梗死、卒中和動脈粥樣硬化的發生發展，但關于PM2.5對血小板影響的系統性研究仍較少，具體的致病機制也有待進一步探索。本文梳理了PM2.5暴露對血小板活性改變和血液高凝狀態的影響及相關作用機制，試圖闡明抗血小板治療在防治PM2.5暴露所致動脈血栓中的作用，并為相應的藥物干預提供科學依據。

1.PM2.5 暴露影響血小板活性導致機體高凝狀態

顆粒物暴露可以引起血小板功能和活性的改變，急性暴露可促發血栓性心血管事件，導致人群死亡率上升。顆粒物增加心血管疾病風險最主要的途徑是促進動脈粥樣硬化的發展，這也是大多數心腦血管疾病的潛在病因，而血小板可促進單核細胞向動脈粥樣硬化斑塊內的炎癥內皮細胞募集，與動脈血栓和動脈粥樣硬化密切相關。

動物實驗顯示，顆粒物暴露后，血小板數量呈現增高、降低或不變，但目前尚無統一定論。動脈血栓的形成涉及血小板的黏附、聚集、釋放和纖溶功能，在不同研究中其變化水平也不盡相同。較為統一的是：顆粒物對血小板活性有較大影響，使機體處于促凝狀態，并可以加速動脈血栓的形成。同時，顆粒物暴露后能導致炎癥反應升高，表現為多種血清細胞因子水平升高（MIP-1α、MIP-1β、IL-6、IL-10、TNF-α、M-CSF、GM-CSF、PDGF-bb、RANTES）[1]。

人群研究顯示，PM2.5暴露后，血小板激活、血小板數量增加、纖維蛋白原和白細胞數量增加機體呈現全身性系統炎癥，并且會使血小板源生長因子（Platelet-derived growth factor，PDGF）受抑制[2]。從慢性病患者中觀察到，短暫暴露于顆粒物的糖尿病患者中血小板快速活化，這表明吸入受污染的空氣可激活心血管風險較高的患者（包括動脈粥樣硬化斑塊患者）的原發性止血[3]。另有隨機交叉雙盲實驗顯示，人急性吸入暴露柴油車尾氣顆粒物（Diesel exhaust particles，DEP）后，血細胞比容增加[4]，血栓形成、血小板－中性粒細胞和血小板－單核細胞聚集增強，這表明短期DEP 暴露會導致血液濃縮和血小板增多，是急性心血管事件的重要決定因素。但也有研究顯示，雖然顆粒物增加系統炎癥和凝血的標志物水平，但不影響血小板激活和內皮功能紊亂，不影響血小板聚集情況。因此，人群在顆粒物暴露后的血小板數量、活性等指標變化仍不統一，不僅是成人，PM2.5也使胎兒血栓血管病變風險增加。

吸入空氣顆粒物不僅對血小板產生影響，還會引起凝血系統的變化，機體往往表現為促凝狀態。意大利1218 位志愿者的凝血相關測試顯示，短期暴露于空氣污染物后機體呈現出高凝狀態。長期暴露于PM10 與凝血功能的改變和更高的深靜脈血栓風險相關。空氣污染的急性暴露不僅能增加血漿黏性、導致內皮功能紊亂，也能增加凝血因子的水平，縮短凝血酶原時間，同時影響血小板活性。健康志愿者呼吸暴露于DEP 后，其血栓形成、血小板－中性粒細胞、血小板－單核細胞聚集均有所提升。顆粒物的暴露還與系統炎癥反應、纖維蛋白原、血小板數量和白細胞數量的增加相關，特別是高濃度PM2.5可引起血栓前期狀態。此外，在顆粒物/柴油廢氣環境下鍛煉后，機體表現為缺血負荷的增加，血管舒縮功能障礙及纖溶系統平衡的破壞，同時表現為內源性纖溶酶原的重要調節因子——組織纖溶酶原激活劑（Tissue plasminogen activator，t-PA）水平降低[5]，可能進一步導致動脈阻塞和組織梗塞的形成。

綜上，顆粒物的暴露與血漿黏度、急性期反應物的升高、血小板的活性改變有關，這些血栓形成效應在靜注或氣管滴注超細顆粒物、DEP、PM2.5的實驗中均有所體現，表明顆粒物對血液循環系統的影響，但對血小板的確切影響仍需進一步系統性研究。另外，顆粒物的暴露還會引起凝血系統的改變，使機體呈現促凝狀態。

2.PM2.5 對血小板影響的作用機制

血小板黏附和聚集在原發性止血中起重要作用，但血小板的過度活化將導致病理血栓的形成和不同類型的器官衰竭。PM2.5對血小板產生毒性作用的可能作用機制，將在下文進行綜述和探討。

2.1 氧化應激

氧化應激的典型表現為活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的增加。內源性ROS 的產生通常與細胞因子、外源化合物、細菌感染、線粒體氧化代謝相關，也與信號傳導、抗感染等多種生理過程相關。異常水平的ROS 升高可以損傷蛋白質、脂肪乃至核酸，異常調節細胞信號通路，與動脈粥樣硬化等疾病的發生發展相關。

ROS 的主要來源是線粒體內膜電子傳遞鏈，以及細胞質膜上的NADPH 氧化酶。在線粒體中的電子傳遞鏈中，包含4個復合物，分別為復合物I、II、III、IV，依次傳遞電子，同時形成線粒體膜間腔與線粒體基質中的質子濃度梯度，用于ATP合成酶合成ATP。在電子傳遞過程中，最終將電子傳遞給O2，期間非平衡態的氧化磷酸化將導致活性氧的大量產生，進一步損傷細胞內大分子。除了線粒體電子傳遞鏈的功能紊亂，ROS的產生還可能與NADH 氧化酶（NADH oxidase，NOX）、氧化性低密度脂蛋白（Oxidized low-density lipoprotein，oxLDL）相關。

血小板中的內源性ROS 是血小板中的信號轉導分子。GPVI 僅在血小板和巨核細胞中表達，其最主要的生理配體是膠原。在人類血漿中，sGPVI 表現為血小板功能的特異性標志物，在動脈血栓、炎癥、免疫紊亂狀態下均會上升。配體與GPVI 結合后，通過Syk 依賴性通路和Syk 非依賴性通路在下游產生ROS，其中Syk 依賴性通路可以通過BAY61-3606 進行阻遏[6]。ROS 的產生不僅可以直接調控下游信號通路，還可以通過蛋白質酪氨酸磷酸酶（Protein tyrosine phosphatases，PTPs）抑制Syk 對下游信號的調控。

顆粒物的暴露可引起ROS 的產生和抗氧化酶等的變化，而血小板中高水平的ROS 又與血小板激活、血栓疾病、糖尿病、高脂血癥和代謝綜合征等疾病相關。這種ROS 增多促發血小板活化的效應，可以通過使用NOX 抑制劑、ROS 清除劑如維生素C、維生素E，減少鈣離子動員，改善血小板的激活和聚集。同時，其他研究表明短期顆粒物暴露能增加血小板聚集，阿司匹林和魚油也可以用于減緩這一效應。因此，氧化應激可能是顆粒物暴露導致血小板損傷后所表現出的毒性效應，也可能是導致血小板損傷的啟動因素或作用機制，抗氧化干預可以減緩顆粒物引起的部分毒性效應。

2.2 炎癥反應

炎癥與血小板活性的增強有關，由于炎癥因子的升高，也可導致機體處于促凝狀態。血小板表達許多趨化因子受體，包括但不限于CCR1、CCR3、CCR4、CXCR4 和CX3CRI。促炎細胞因子激活這些受體可以啟動血小板，而不直接誘導血小板聚集，這種啟動導致血小板對凝血酶等生理激動劑更敏感，從而在系統水平上建立促凝環境。此外，血小板與免疫系統的活動相關，血小板可以招募白細胞，血小板的凝血酶受體PAR4、CXCL7 與CXCR1/2 的激活促進白細胞的募集和遷移[7]。血小板表面受體與白細胞的結合，能夠增加血小板表面蛋白P-selectin 和CD40 的表達[8]。

顆粒物暴露后炎癥指標也表現為上升趨勢，IL-1β、IL-6等炎癥因子是重要的變化指標[1]。顆粒物暴露還激活交感神經系統，導致兒茶酚胺的全身釋放，兒茶酚胺與小鼠肺泡巨噬細胞上的beta2-腎上腺素能受體（beta2AR）結合，增加了IL-6的釋放，加速動脈血栓形成，減少肺部巨噬細胞產生的IL-6能夠改善促凝狀態。另一重要的促炎因子IL-1β 能夠提高內皮細胞通透性，募集和黏附更多的白細胞，提高血小板與纖維蛋白原/膠原的黏附，促進膠原對血小板的聚集效應。另外，有研究表明，PM2.5可引起血管JAK1 和STAT3 基因表達升高，對JAK2 基因表達無明顯影響[9]，而JAK-STAT 通路是經典的炎癥反應激活通路。此外，Sirt1 在炎癥反應的發展中也具有重要作用，通常認為其具有一定的抗炎作用。Sirt1 基因敲除小鼠暴露于顆粒物后表現為肺血管滲漏、肺凝血和炎癥加重，肺Kruppel 樣因子2（KLF2）和血栓調節蛋白（Thrombomodulin，TM）表達下降；而Sirt1 基因表達的上調能改善此癥狀，上調KLF2 和TM 蛋白表達，這表明Sirt1 在暴露于顆粒物后具有抑制凝血的功能[10]。值得關注的是，線粒體不僅是細胞產生ROS 的重要位置，也與炎癥反應密切相關。血小板中線粒體是重要的細胞器，ROS 與炎癥反應的協同作用可能進一步促進顆粒物對機體的毒性效應。

2.3 Ca2+離子通道

Ca2+離子通道（Calcium channel）是細胞中選擇性通透Ca2+的離子通道，其化學本質是蛋白質，包括電壓依賴性鈣通道（VDCC）和配體門控鈣通道（LGCC），Ca2+離子通道在內質網、細胞膜上均有分布，對多種細胞內Ca2+濃度的調節起到了重要作用。在不同的血小板活化過程中，決定性的中心步驟是細胞質中Ca2+濃度的增加，Ca2+介導微絲和微管的收縮，影響血小板變形、聚集、釋放，進而促進血栓形成。血小板中Ca2+主要取決于胞外鈣內流、胞內鈣池釋放、線粒體攝取和釋放。盡管PM2.5對許多細胞中Ca2+相關的受體均有影響，如SERCA、TRPV1、TRPA1、IP3R、STIM1，ORAI1 等，PM2.5能夠影響心肌細胞Ca2+再攝取[11]，增加Jurkat T 細胞中Ca2+濃度。其他研究也顯示PM2.5可以激活內質網應激，進一步影響細胞氧化應激和鈣離子內流，加重PM2.5的毒性效應。盡管目前研究顯示PM2.5通過作用于離子通道、細胞器等對細胞內Ca2+產生影響，進而引起其他的毒性效應，但目前鮮有研究報道其在PM2.5暴露后血小板中所發揮的作用機制。

3.多組學可用于探究顆粒物暴露后血小板分子機制的變化

PM2.5是成分復雜的混合物，不同來源的樣本成分差異較大，其作用靶點豐富，作用機制多樣化，因此借助高通量基因組學和蛋白組學可以挖掘更多的潛在致病機制。骨髓中成熟的巨核細胞可以產生血小板。有研究將血小板蛋白組學與mRNA組學進行比較，其結果具有一定的差異性，考慮到血小板是無核細胞，雖然血小板細胞質中攜帶一定的mRNA，但蛋白表達水平不完全受mRNA 調節。同時，巨核細胞邊緣的mRNA 可能是隨機脫落進入血小板中，這表明血小板中的mRNA 不能完全代表其基因轉錄和表達水平。綜上，對顆粒物暴露后的血小板進行蛋白質組學分析更準確，而對巨核細胞進行轉錄組學分析，并對兩者進行相關性分析，更能客觀反映顆粒物對血小板基因表達水平的影響，這也為探索PM2.5對血小板影響的作用機制提供了參考。但目前尚沒有從蛋白質組學和轉錄組學對PM2.5所致血小板損傷機制進行的探討，所以從蛋白質組學和轉錄組學角度探索PM2.5致血小板損傷的機制將更有價值。

4.小結

綜上，顆粒物的暴露與血漿黏度、急性期反應物的升高、血小板數量和活性改變有關，顆粒物可能通過引起機體氧化應激、炎癥、胞內鈣離子水平變化等途徑引起血小板活性的變化，但目前仍缺乏系統性的研究，需要進一步研究以闡明顆粒物對血小板的毒理作用機制。