探秘肺巨噬细胞：大鼠与人类对 TiO2和炭黑颗粒过载的转录组差异解析

长期以来，TiO2和炭黑（CB）颗粒的职业暴露危害备受关注。为探究大鼠肺部颗粒过载不良反应机制及其与人类的相关性，研究人员用 TiO2（P25）和 CB（Printex 90）颗粒体外处理大鼠和人肺泡巨噬细胞（AM）。结果发现两者转录组反应有异同，这为相关机制研究提供了新视角。

　　在工业生产和日常生活中，TiO₂和炭黑（CB）颗粒应用极为广泛，从涂料、塑料到橡胶制品，都有它们的身影。然而，这些看似普通的颗粒却隐藏着潜在的健康风险。长期吸入高剂量的 TiO₂或 CB 颗粒，可能会让肺部陷入 “危机”。在实验大鼠身上，这种吸入会导致肺部颗粒过载，引发慢性炎症，甚至诱发肺癌。但问题来了，大鼠身上的这些不良反应，是否能直接预测人类面临的风险呢？这在科学界已经争论了 40 多年。由于缺乏足够的人体研究证据，国际癌症研究机构（IARC）只能将这些颗粒列为 “可能对人类致癌”。为了揭开这个谜团，来自比利时鲁汶大学（Université catholique de Louvain）的研究人员展开了深入探索，相关研究成果发表在《Particle and Fibre Toxicology》杂志上。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过支气管肺泡灌洗（Broncho - alveolar lavage）分别获取大鼠和人类的肺泡巨噬细胞。接着，运用高通量 RNA 测序（High - throughput RNA sequencing）技术，对暴露于不同剂量颗粒的细胞进行基因表达分析。同时，借助实时定量聚合酶链反应（RT - qPCR）对测序数据进行验证 ，以此全面深入地探究细胞的转录组变化。

暴露条件的选择

研究人员选取了特定的 TiO₂（P25）和 CB（Printex 90）颗粒，这两种颗粒曾在大鼠实验中诱发过肺部炎症和癌症。为了更精准地模拟体内情况，减少急性反应干扰，他们让细胞暴露 4 天，并依据 Morrow 假设，确定了能使肺泡巨噬细胞达到过载或未过载状态的剂量。最终选定 P25 的 4μg/mL 和 40μg/mL、Printex 90 的 1μg/mL 和 15μg/mL 作为实验剂量，且这些剂量对两种物种的肺泡巨噬细胞均无细胞毒性。

大鼠和人类肺泡巨噬细胞对颗粒过载的反应差异

实验数据显示，大鼠肺泡巨噬细胞对颗粒过载的反应更为强烈。在颗粒过载情况下，大鼠肺泡巨噬细胞中有数百到数千个基因的表达发生显著变化；相比之下，人类肺泡巨噬细胞的反应则温和许多，P25 颗粒过载时无基因表达显著变化，Printex 90 颗粒过载时仅有 16 个基因表达改变。

大鼠肺泡巨噬细胞中 P25 和 Printex 90 颗粒过载的标记基因

研究进一步确定了 18 个基因作为大鼠肺泡巨噬细胞中 P25 和 Printex 90 颗粒过载的可靠标记。这些基因的功能与大鼠体内肺部过载引发的不良后果机制紧密相关。例如，Ssh2 基因表达下调，它参与肌动蛋白丝调节，影响细胞移动性；补体途径相关基因（Cfp、C1qb 和 C1qc）下调，会损害凋亡细胞的吞噬作用，与慢性炎症疾病相关；而 Cxcr4 基因上调，其编码的趋化因子受体可激活炎症信号通路，促进炎症细胞招募。

大鼠和人类肺泡巨噬细胞基因表达变化的相关性

虽然大鼠和人类肺泡巨噬细胞对颗粒过载的反应强度不同，但两者之间仍存在一定关联。大鼠中确定的 18 个标记基因，其在人类肺泡巨噬细胞中的同源基因表达变化趋势与大鼠一致，只是变化幅度明显较低，大多未达到统计学显著水平。这表明，尽管存在差异，但两者在基因调控层面仍有相似之处 。

人类肺泡巨噬细胞对 Printex 90 颗粒过载的独特反应

Printex 90 颗粒过载在人类肺泡巨噬细胞中诱导了 16 个基因的显著调节，这些基因的调节与 P25 颗粒过载时存在较强正相关性，但 P25 颗粒引发的调节幅度更小。其中部分基因与细胞迁移、吞噬活性或炎症反应相关 ，如 ABHD12、LACC1、CD101 和 ADA2 等基因的下调与炎症反应有关，TGM2 和 TNFSF15 的上调则与纤维化发展和炎症相关。

在本次研究中，研究人员首次全面比较了大鼠和人类肺泡巨噬细胞对颗粒过载的转录组反应，发现两者既有共同之处，也存在明显差异。大鼠肺泡巨噬细胞对颗粒过载更为敏感，且确定了其颗粒过载的 18 基因特征，这些基因功能与大鼠体内不良结局相关。人类肺泡巨噬细胞虽反应较弱，但也有独特的 16 基因特征对 Printex 90 颗粒过载做出响应。不过，目前还不清楚这些结果能否推广到其他低溶解性低毒性颗粒（PSLT），且体外实验结果外推到人体体内还存在诸多不确定性，后续还需借助蛋白质组学、代谢组学分析或更复杂的体外模型进一步探究。但不可否认的是，该研究为深入理解肺部颗粒过载的机制以及评估其对人类健康的风险奠定了重要基础，为后续研究指明了方向，有望推动职业性肺部疾病预防和治疗领域的发展。