城市大氣細顆粒物中誘導細胞凋亡的水溶性組分

大氣細顆粒物（PM_2.5）污染對人體健康具有負面影響，一直是大氣污染防治的重點所在。城市大氣中PM_2.5的來源和化學組成均十分復雜，探究其中的有效毒性組分，是空氣污染與健康研究的首要任務之一。

中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室副研究員馬慧敏與研究員張干、李軍等合作，采集了四個季度的環境大氣PM_2.5樣品，運用生物效應導向分析的技術方法，對比評估了同等體積空氣下PM_2.5中水溶性組分和脂溶性組分誘導細胞毒性的能力，進一步采用核磁、光譜、碳同位素等技術手段，對毒性較大的組分中起關鍵作用的化合物進行了結構和來源解析。

馬慧敏等的研究發現，在同等空氣體積下，相比于脂溶性有機組分（二氯甲烷提取物），所采集的樣品中PM_2.5的水溶性組分（水提取物）呈現出更強的誘導細胞凋亡的能力。為了進一步探究水溶性組分中誘導細胞毒性的主要組分及其來源，研究團隊采用氫譜核磁共振分析（1H NMR）和光譜分析（MAE₃₆₅）技術對水溶性組分進行了表征，發現NMR4（代表芳香類化合物）的相對含量、MAE₃₆₅均與細胞凋亡顯著相關。這表明水溶性組分中具有芳環結構和/或共軛雙鍵結構的有機化合物可能是誘導細胞毒性的主要化學物質。

隨后，研究團隊測量了水溶性組分的穩定碳同位素（δ¹³C）和放射性碳同位素組成（Δ¹⁴C）組成，發現Δ¹⁴C與細胞凋亡存在顯著相關關系。這表明誘導毒性的物質可能更多地直接（一次源）或間接（作為前體物）來源于生物質燃燒和生物排放等非化石源。水溶性組分中的鉀離子（K⁺）是生物質燃燒的標志物，其與細胞凋亡之間亦存在顯著正相關，佐證了生物質燃燒來源的重要性。

最后，研究團隊對δ¹³C和Δ¹⁴C數據進行貝葉斯模型分析，將水溶性碳質組分解析為交通源、煤炭燃燒源、C3植物和C4植物（燃燒或植物排放）等四大類來源。其中，C4植物（如玉米秸稈）的燃燒對本次PM_2.5樣品中水溶性組分的貢獻最大；交通源可能主要通過生成二次產物對PM_2.5的水溶性組分產生貢獻。

綜上，城市大氣PM_2.5中的水溶性組分相比于脂溶性組分具有更強的誘導細胞凋亡的能力，在其中，含有芳香結構、共軛雙鍵結構的有機化合物可能是產生細胞毒性的主要組分，而生物質燃燒等非化石源排放是本次研究樣品中誘導細胞凋亡的毒性物質的主要來源。該研究提示，從人體健康保護的角度，須高度重視大氣PM_2.5中水溶性組分，并有效防止大面積秸桿焚燒、野火等區域生物質燃燒事件的發生。

相關研究成果2月17日在線發表于《環境國際》（Environment International）。