PM2.5会对人类健康造成严重伤害。现有大量流行病学研究和毒理学研究发现：PM2.5暴露会使机体产生ROS，引起氧化应激反应及炎症反应，进而导致人体心血管疾病和肺癌的发生率明显上升。然而关于：（1）PM2.5对肝脏的毒性效应；（2）从时间系列角度解译小鼠肝脏的代谢损伤的研究，目前仍属空白。本研究利用代谢组学技术，从时间-响应关系角度研究小鼠肝脏的代谢机理，以期揭示小鼠肝脏的代谢响应机制、通过筛选潜在生物标志物对小鼠肝脏损伤发生阶段进行分型、预测，为未来预防（或干预治疗）由PM2.5导致的肝脏氧化损伤提供理论依据。
我们将小鼠暴露PM2.5一周，分别在1天（control group）、2天(1d group)、4天(3d group)、6天(5d group)提取小鼠肝脏，并进行靶向代谢组学分析（图1）。结果发现：小鼠在不同暴露时间的代谢轮廓出现显著差异。
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图1. (A) 实验设计示意图(B) OPLS-DA 模型的样本得分图 (C) OPLS-DA模型的置换检验测试结果
进而将代谢过程分为3阶段：第一阶段（day 1-day 2）、第二阶段（day 2-day 4）、第三阶段（day 4-day 6）（图2）。在第一阶段，肝脏的尿素合成和氨基酸代谢、维生素和辅酶代谢受到干扰；第二阶段，肝脏受到氧化应激和炎症反应，导致神经系统退化和脂肪沉积；在第三阶段，肝脏严重受损，合并持续的ROS损伤，导致体内稳态失衡和肝脏甲基化。另外，我们通过ROC诊断，筛得4个潜在的生物标志物可能用于PM2.5导致肝脏损伤进程的分型预测。
研究结果再次表明，代谢组学作为一种强有力的分析技术可以用来揭示PM2.5的毒性机制。我们建立的方法可以深入阐释小鼠肝脏受损的时间-效应机理，为疾病的分型和预测提供新的视角，并未将来可能的药物干预治疗提供基础。
图2小鼠肝脏在不同阶段受损示意图
本研究论文通讯作者为威尼斯游戏大厅环境科学与工程系史纯珍副教授，该研究工作受到国家自然科学基金青年项目（项目号21407006）和北京市青年拔尖项目（项目号CIT&TCD201904032）资助。相关研究成果发表于《Science of the Total Environment》（IF=6.551，2021年767卷第144485页）。
