编译：冬日暖阳，编辑：十九、江舜尧。
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导读
气溶胶粒子是大气中一个重要的，但也是可变的组成部分。它们的类型、大小和浓度决定了空气质量，它们在空气中长时间悬浮，也可以远距离传播。大量流行病学研究表明，大量气溶胶颗粒物（PM）与死亡率和患病率相关，根据Cohen等人的说法由PM引起的呼吸和心血管疾病约占全球死亡人数的1.4%。而沙尘暴是最常见的自然气溶胶粒子来源之一。强沙尘暴可能持续数小时至数天。沙尘暴颗粒物可以将颗粒物、污染物和潜在的过敏原从其源头运输到数千公里以外的地方，并被证明到达远离源头的地方。PM2.5是指环境空气中空气动力学直径小于等于2.5 微米的颗粒物，它也称细颗粒物、可入肺颗粒物（能进入肺部）。它的直径还不到人的头发丝粗细的1/20，能较长时间悬浮于空气中。PM10是粒径等于小于10微米的颗粒物，指漂浮在空气中的固态和液态颗粒物的总称，它也叫可吸入颗粒物。PM2.5与PM10相比，其粒径小，比表面积大，活性强，更易附带有毒、有害物质（例如，重金属、微生物等），且在大气中的停留时间长、输送距离远。同时，其更易于滞留在终末细支气管和肺泡，因而同一来源的PM2.5比PM10对健康影响更大。一旦吸入，这些微粒将根据其大小在呼吸道中停留（图1A）。
人们越来越关注尘埃颗粒对人类健康的影响，进入肺部的粉尘颗粒会导致局部损伤以及随后身体其他部位的系统损伤，包括心脏、皮肤和大脑。持续数小时至数天的粉尘颗粒不仅会增加呼吸系统疾病（包括哮喘、气管炎、肺炎）的发病率，还会导致其他疾病，如心血管疾病、中风、结膜炎、皮肤刺激和脑膜炎等，在极少数情况下甚至会导致死亡，但粉尘颗粒渗透导致健康问题的机制仍未完全了解。
原名：The effect of dust storm particles on single human lung cancer cells期刊：Environmental ResearchDOI号：10.1016/j.envres.2019.108891在这项工作中，研究人员以肺上皮细胞系A549在单细胞水平上研究了粉尘颗粒对人肺上皮细胞的影响；并使用活细胞成像来收集单个细胞对灰尘的反应的定量测量；进而研究了细胞死亡与被细胞吞噬的颗粒数量之间的关系，以及尘埃对细胞生长和细胞死亡的影响。研究结果揭示了暴露在灰尘中前后的细胞行为。1 尘埃会导致细胞死亡，将近死亡的细胞比存活的细胞接触并吞噬更多的尘埃颗粒
研究开发了一种活细胞成像系统，以确定灰尘颗粒随时间推移对单个细胞的影响。在添加灰尘之前，试验已经对细胞进行了3h成像。然后，将细胞暴露在尘埃中，并成像48 h。试验开发了一种半自动跟踪方法来跟踪细胞并将其生长量化（图1C）。发现，于25 μg/m的粉尘协同作用下有22％的细胞死亡。并观察到许多细胞直接接触灰尘颗粒，因此研究了局部暴露于灰尘颗粒是否与细胞死亡有关。图1C显示了实验测量过程中不同时间的示例：在添加粉尘之前，添加粉尘几个小时后，在图上显示了三个颗粒；细胞分裂后，在两个姐妹细胞上显示出灰尘颗粒。计算了这些颗粒在细胞上的总停留时间（TTTDP）和每个细胞相互作用的颗粒数，发现与活细胞相比，死细胞显示出更长的TTTDP（图1D）。因此，研究确定了细胞随时间被细胞吞噬的颗粒数量之间的关系（图1E）。发现，在添加灰尘后的最初2小时内，大多数灰尘颗粒被细胞吞噬，并且与存活细胞相比，死细胞在这2小时内吞噬的颗粒数量更高（图1E）。在整个48h内，这两个种群继续吞噬颗粒，死细胞和活细胞之间没有显着差异。总体而言，结果表明，与存活的细胞相比，死细胞在暴露于灰尘后的前2小时内会更长时间接触灰尘，这表明局部暴露于灰尘会增加细胞死亡的可能性。
2 接触灰尘会降低细胞活力，并以多种方式导致细胞死亡接下来，测试了不同粉尘浓度对细胞生长和死亡的影响。具体而言，试验检测了更高浓度的灰尘是否会导致更多的细胞死亡情况。首先使用常规方法通过计算暴露于不同粉尘浓度后人类肺细胞集落的数量和大小来检查粉尘颗粒对细胞活力的影响（图2A）。发现与无尘的平板相比，菌落的数量和大小都减少了。随着尘埃浓度的增加，菌落的数量和大小减小（图2B–C）。然后，使用实时成像系统来测量在不同粉尘浓度下细胞死亡的细胞数量。正如图1和先前提出研究那样灰尘导致细胞死亡。然而，粉尘浓度与死亡细胞百分率之间的关系很复杂。在低粉尘浓度（最高100 μg ml−1）下，浓度的增加导致死细胞百分比的增加（图2D）。在较高剂量下(100 μg ml−1- 1000 μg ml−1)，更多的灰尘导致细胞死亡的减少，而在500和1000 μg ml−1中死亡的细胞则少于100或250 μg ml−1。这些结果表明，灰尘确实会导致细胞死亡，但是灰尘浓度与死细胞分数之间的关系不是唯一的。为了进一步研究细胞死亡的动力学，将死亡时间作为粉尘浓度的函数进行了量化。在低浓度（10 μg ml−1）和高浓度（1000 μg ml−1）下，大多数细胞在36-48 h间隔内死亡，而中间浓度（25 μg ml−1至500 μg ml−1）表现出最多的死亡时间是36h。使用不同的细胞系或在不同的细胞系下，结果与先前一致。综上所述，研究结果表明，细胞死亡可能是由多种因素导致的，并由多种因素控制，这些因素在低和高粉尘剂量下均以不同的方式在不同的时间尺度上起作用。
图2 灰尘颗粒会影响细胞活力，单细胞观察时细胞死亡表现为多种行为，而菌落观察则为单一行为。
研究已经表明，灰尘会降低细胞活力，高浓度的灰尘会导致细胞活力降低（图2A–C）。但是，较高的粉尘浓度不会导致更多的细胞死亡。实际上，在粉尘浓度高于100 μg ml−1的情况下，死细胞的比例减少了（图2D）。细胞死亡只是影响细胞活力的一种机制，另一个是细胞的生长和增殖。因此，试验检测了灰尘是否还会导致细胞周期停滞，这可以解释在没有增加细胞死亡的情况下，高灰尘浓度下细胞活力的下降（图2D）。因此，使用实时成像系统直接量化了不同粉尘浓度对细胞增殖和细胞周期的影响。研究者量化了每个幸存的细胞在暴露于尘埃后48小时内经历的分裂的次数和时间（图3A）。分裂概况揭示了单个细胞之间的巨大异质性，其范围包括根本不分裂的细胞，仅分裂一次的细胞（图3A）和具有多个分裂的细胞（图3A）。每个类别中细胞的比例取决于灰尘的浓度。平均而言，较高的粉尘浓度导致较少的划分（图3B）。为了确定粉尘剂量对细胞周期长度的影响，计算了在无尘或不同粉尘浓度下分裂至少2次的细胞分裂之间的时间（图3C）。发现细胞分裂之间的时间随着灰尘浓度的增加而增加。与未处理的条件或较低的浓度相比，在较高的尘埃浓度下，细胞分裂所需的时间更长（图3C）。总之，结果表明，灰尘会通过减少分裂次数和减慢细胞周期来影响细胞生长，其中较高的灰尘浓度会导致分裂次数减少和分裂之间的时间更长。在粉尘浓度为100 μg ml−1时，对细胞生长的影响更为深远（图3B），在此浓度下，死亡减少了（图2D）。因此，灰尘会导致细胞周期停滞和细胞死亡。在较低的浓度下，大多数死亡被诱导，而对增殖的抑制则最小。在较高浓度下，增殖被抑制，这抑制了进一步的死亡，因此导致死亡细胞的比例降低。
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