文献分享 | Echo Revolve显微镜助力PM2.5诱导的肺病理生物学研究

PM2.5是指直径小于等于2.5微米的空气污染颗粒物，2015年全球暴露于环境中的PM2.5导致420万人死亡和1.031亿人残疾。PM2.5吸入人体后，首先遇到由呼吸道上皮高度特化的分泌细胞和纤毛细胞形成的粘液纤毛屏障。在之前的相关研究中，人们已经确认PM2.5与呼吸系统不良有关，但PM2.5诱导的肺病理生物学机制仍知之甚少，专家猜测PM2.5可能涉及呼吸道上皮的细胞和分子变化。美国研究人员研究报告表明PM2.5刺激可以使呼吸道上皮细胞直接产生相应的转录反应。

这项发表在《美国呼吸细胞与分子生物学杂志（American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology）》上的研究提取了PM2.5污染样品中的有机和水溶性成分并找出其化学表征。对这些PM2.5提取物的致病物的筛选采用人鼻粘膜纤毛上皮细胞培养物的全转录组反应进行检测（转录组测序）。

研究者们将提取到的PM2.5中的污染物分为有机（OE）和水溶性成分（WE）以及未单独分离的NIST作为对照。检测发现PM2.5的非水溶性有机提取物(OE)引发了粘膜纤毛上皮细胞的有效剂量依赖性转录反应。当细胞暴露于中等剂量OE中改变了424个基因的表达，包括芳香烃受体信号激活和白细胞介素-1炎症程序。根据这种改变产生了由八个功能富集组定义的运行经验反应基因网络，它通过CYP1A1、IL1A和IL1B表现出高连通性，OE暴露还强有力地激活了粘液分泌表达程序(大于100个基因)，其中包括粘液化生的转录驱动因子(SPDEF，FOXA3)。

当细胞暴露于较高OE剂量中改变了1240个基因的表达，并进一步加剧了中等剂量下观察到的表达反应，包括粘液分泌程序。较高的OE剂量显著增加了MUC5AC/MUC5B凝胶形成粘蛋白的表达比例，并强烈下调了纤毛细胞表达程序，包括关键的纤毛细胞转录因子(FOXJ1，MCIDAS)。慢性OE刺激诱导粘液化生样重塑，其特征为MUC5AC+分泌细胞和MUC5AC粘液分泌增加。

获得分子和细胞层面的结果后，为了从组织学上证实这些结果，研究人员采用Alcian Blue-Periodic Acid-Schiff (AB-PAS)染色法检测培养物以鉴定粘蛋白阳性细胞，发现慢性OE刺激培养物与模拟刺激培养物中的粘蛋白阳性细胞数量更高。通过Echo Revolve显微镜对荧光免疫组织化学染色检测发现，慢性OE刺激下，MUC5AC荧光标记明显增多，其阳性细胞增加，表明这种粘蛋白是慢性OE刺激下AB-PAS染色增加的主要来源。这些数据表明，慢性OE刺激分别诱导MUC5AC+和MUC5B+粘液分泌细胞同时扩增和减少，导致这些粘蛋白分泌的相应变化。慢性OE刺激诱导粘液化生样上皮重塑可能是与高PM2.5暴露相关不良呼吸疾病的基础。

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