综述：评估沙漠粉尘肺毒性的模型及现有研究成果

《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：Models to evaluate the pulmonary toxicity of desert dust and what we have learned from them so far: a mini-review

这篇综述系统梳理了沙漠粉尘（PM10/PM2.5）对呼吸系统的危害机制，对比了流行病学、体内（in vivo）和体外（in vitro）模型的优劣，重点探讨了炎症（NLRP3炎症小体、TLR4/MyD88通路）、氧化应激（iNOS、SOD）等分子机制，并指出未来需通过类器官（organoids）等新方法学（NAMs）解决粉尘成分复杂性和长期暴露评估的挑战。

　　

引言

沙漠粉尘（SDS）作为全球性环境问题，其跨区域传输携带的矿物（石英、层状硅酸盐）、微生物（细菌、真菌）及吸附污染物（SO_x、NO_x）构成复杂混合物，可深入肺泡（<10 μm），通过氧化应激和炎症通路（如TLR4/MyD88）诱发呼吸系统疾病。联合国数据显示，沙尘暴频率和强度的增加正威胁数亿人健康，亟需多维度毒性评估。

模型评估健康风险

流行病学
短期暴露与死亡率上升、慢性病（哮喘、COPD）急性加重显著相关，但病因学关联受限于混杂因素（如共暴露污染物）。例如，亚洲沙尘事件后，台北地区住院率增加11%，而慢性病发病证据仅见于个案（如尘肺病）。

体内研究
啮齿类动物吸入/滴注实验揭示：

• ?炎症反应：中性粒细胞浸润（亚洲粉尘）、IL-1β/IL-6释放（Saharan粉尘），且铁含量与PM_2.5毒性正相关。
• ?过敏恶化：嗜酸性粒细胞增多（IL-5/IL-13驱动），内毒素（endotoxin）与β-葡聚糖协同作用。
  局限性：种属差异（如肺解剖结构）、伦理约束推动替代方法（3R原则）。

体外模型进阶

1. ?传统浸没培养：A549（肺泡Ⅱ型上皮）和THP-1（巨噬细胞）证实NLRP3炎症小体激活（Caspase-1依赖）。
2. ?气液界面（ALI）?：Calu-3细胞形成紧密连接，模拟黏液分泌，更接近真实气道。
3. ?器官芯片：微流体模拟呼吸力学，但沙漠粉尘研究尚未应用。
4. ?类器官与肺切片：保留天然结构但缺乏免疫细胞整合，且暴露界面技术待突破。

毒性机制与未解难题

• ?核心通路：粉尘通过TLR4/MyD88触发炎症，NLRP3-IL-1β轴驱动纤维化；氧化应激标志物（iNOS、Cu/Zn SOD）上调。
• ?成分复杂性：不同源区粉尘（如Saharan与亚洲）毒性差异显著，但成分-效应关系尚未系统建立。内毒素在低变异样本中预测力有限，需扩大筛查（如金属、微生物组分）。
• ?长期暴露空白：现有模型难以模拟慢性病变，类器官长期培养技术或成突破口。

结论与展望

沙漠粉尘的急性危害已明确，但慢性效应和成分特异性需结合高通量筛查（如自动化ALI）与多组学分析。推动类器官免疫化（如巨噬细胞共培养）和跨学科合作，将加速从机制研究到公共卫生防护的转化，最终实现动物实验替代（NAMs）与精准风险评估。