霧霾對心臟的危害能遺傳！科學家證實小鼠懷孕前持續接觸PM2.5，會對子代心臟功能造成嚴重損害丨科學大發現

霧霾會增加心血管疾病風險這事，大家應該都知道了。

但是吸入霧霾不僅會增加自己的心血管疾病風險，還會影響子代身體健康。甚至！在父母備孕開始之前，只要在一定時間內接受過霧霾的洗禮，就有可能將這種危險因素一直傳遞下去！

不同於之前的相關性研究，俄亥俄州立大學的Loren E. Wold博士將親代小鼠在懷孕前每周30個小時暴露在38.58μg/m3的PM2.5環境中，闡述了子代雄性小鼠心臟形態結構、炎症細胞因子、表觀遺傳等方面的一系列變化，切實證明，親代小鼠孕前暴露於PM2.5會嚴重影響子代的心臟功能健康！文章在近期發表在《美國心臟協會雜誌》上。[1]

研究再一次為空氣污染敲響警鐘！

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通訊作者Loren E. Wold博士

在這次的研究中，Loren E. Wold博士將PM2.5濃度設置為38.58μg/m3，是特地「將俄州哥倫布市的空氣壓縮至洛杉磯和北京等大城市相同的顆粒污染物水平」來進行實驗的。不過，38.58μg/m3的濃度在奇點糕眼裡依然是晴空萬里，畢竟，只比最佳空氣質量PM2.5≤35μg/m3的標準高了一點點。

參與實驗的小鼠每天有6小時呼吸霧霾，每周五天。對照組的小鼠被安置在同樣霧霾環境的房間里，但是有空氣過濾器保駕護航，可以呼吸到純凈的空氣。

小鼠們呼吸霧霾的生活持續三個月。三個月後，這些小鼠才在組內尋找伴侶，產生「愛的結晶」。無論父母是否暴露於霧霾中，幼崽的數量和性別差異並不明顯，幼崽之間的體重也沒有顯著差異。但是當子代小鼠們長到三個月大時（相當於人類的青年時期[2]），各方面的差異就顯現出來了。

父母孕前暴露於PM2.5的小鼠們，體重明顯要比父母生活在乾淨環境中的小鼠低（25.73g vs 28.3g），體表面積、心臟重量、脛骨長度等也明顯低於對照，表現出全面的生長遲緩現象。

但是，還遠不僅「長得慢了」這麼簡單！研究人員檢查了小鼠心臟結構和功能，超聲心動圖顯示，暴露組子代小鼠心臟收縮期（PWTs）後壁厚度低於對照組（1.44mm vs 1.7mm），表明暴露組小鼠的心臟收縮功能可能有所受損。而進一步的分析中，暴露組小鼠的左心室縮短分數（29.05 vs 35.09）和射血分數（56.27 vs 64.86）的減少更是證明了這一點。

心臟收縮功能下降可不是什麼好兆頭。暴露組的子代小鼠出現左室收縮末期容積上升的比例明顯升高，這與心臟疾病事件的發生明顯相關[3]，還被認為是死亡的獨立因素[4]。研究人員驚訝於父母在孕前暴露於PM2.5也會對子代小鼠造成如此大的影響，試圖從分子和細胞通路上找出一些端倪來解釋子代小鼠嚴重的心臟功能障礙。

心臟收縮和舒張受到幾種介質的調節，其中最重要的就是鈣離子。鈣離子信號和相關蛋白的改變會影響心臟功能，導致心肌收縮能力的變化。研究人員發現這些蛋白的表達明顯上調了，表現出明顯的心肌細胞受損癥狀。這與孕期中暴露PM2.5的模型[5]中的蛋白水平變化相似，說明無論暴露於PM2.5的時間是在懷孕前還是懷孕後，都不可避免地提高了子代心血管疾病的風險。

同時，研究人員發現，子代小鼠的蛋白變化水平也與母鼠炎症模型[6]相似。炎症因子水平的上升是心臟功能障礙的一個重要原因。暴露組子代小鼠的C反應蛋白（CRP）的水平比對照組足足提高了8倍！

CRP水平不僅是炎症通路激活的生物標誌物，也是各種心血管疾病的「中間人」[7]。同時，也有研究表明，CRP上升意味著內皮細胞黏附分子表達的上調，這些黏附分子是誘導心肌細胞收縮性降低的罪魁禍首之一[8]，心血管疾病風險上升，有它們的一口鍋[9]。

親代暴露於PM2.5的小鼠，IL-6、IL-15、TNF-α等炎性細胞因子的水平顯著上升

說到底，親代小鼠在孕前呼吸的霧霾影響了表觀遺傳，所以對子代小鼠心臟功能產生了如此之大的影響。研究人員發現了暴露組子代小鼠的組蛋白去乙醯化酶mRNA表達顯著高於對照組，而之前的研究已經證實，去乙醯化酶可以通過拮抗DNA甲基化來影響表觀遺傳[10]。

與環境污染相關的健康問題是全球性的，每年，由環境顆粒物造成的死亡高達320萬例[11]。探究環境污染增加心血管疾病風險的遺傳特性和分子機制，可以幫助我們更好地預防環境污染造成的嚴重後果。

這項研究中僅僅包括雄性的子代小鼠，並且環境污染的因素十分複雜，只是模擬環境中的PM2.5指數並不能完全複製當下的自然環境。但即使這樣，PM2.5的嚴重後果也應該引起我們足夠的警惕，畢竟，一朝吸霧霾，子孫後代的心臟可能都要遭殃！

編輯神叨叨

參考文獻：

[1] Tanwar V, Adelstein J M, Grimmer J A, et al. Preconception exposure to fine particulate matter leads to cardiac dysfunction in adult male offspring[J]. Journal of the American Heart Association, 2018, 7(24): e010797.DOI: 10.1161/JAHA.118.010797

[2] https://medicalxpress.com/news/2018-12-dirty-air-hearts-offspring.html

[3] Kjollerhansen L, Steffensen R, Grande P, et al. Beneficial effects of ramipril on left ventricular end-diastolic and end-systolic volume indexes after uncomplicated invasive revascularization are associated with a reduction in cardiac events in patients with moderately impaired left ventricular function and no clinical heart failure[J]. Journal of the American College of Cardiology, 2001, 37(5): 1214-1220.DOI:10.1016/S0735-1097(01)01118-4

[4] Migrino R Q, Young J B, Ellis S G, et al. End-systolic volume index at 90 to 180 minutes into reperfusion therapy for acute myocardial infarction is a strong predictor of early and late mortality. The Global Utilization of Streptokinase and t-PA for Occluded Coronary Arteries (GUSTO)-I Angiographic Investigators[J]. Circulation, 1997, 96(1): 116-121.

[5] Tanwar V, Adelstein J M, Grimmer J A, et al. PM2.5 exposure in utero contributes to neonatal cardiac dysfunction in mice[J]. Environmental Pollution, 2017: 116-124.DOI:10.1016/j.envpol.2017.06.035

[6] Velten M, Gorr M W, Youtz D J, et al. Adverse perinatal environment contributes to altered cardiac development and function[J]. American Journal of Physiology-heart and Circulatory Physiology, 2014, 306(9).DOI:10.1152/ajpheart.00056.2014

[7] Munkhaugen J, Otterstad J E, Dammen T, et al. The prevalence and predictors of elevated C-reactive protein after a coronary heart disease event[J]. European Journal of Preventive Cardiology, 2018, 25(9): 923-931.DOI:10.1177/2047487318768940

[8] Gorr M W, Youtz D J, Eichenseer C M, et al. In vitro particulate matter exposure causes direct and lung-mediated indirect effects on cardiomyocyte function[J]. American Journal of Physiology-heart and Circulatory Physiology, 2015, 309(1).DOI:10.1152/ajpheart.00162.2015

[9] Pradhan A D, Rifai N, Ridker P M, et al. Soluble Intercellular Adhesion Molecule-1, Soluble Vascular Adhesion Molecule-1, and the Development of Symptomatic Peripheral Arterial Disease in Men[J]. Circulation, 2002, 106(7): 820-825.DOI:10.1161/01.CIR.0000025636.03561.EE

[10] Heo J , Lim J , Lee S , et al. Sirt1 Regulates DNA Methylation and Differentiation Potential of Embryonic Stem Cells by Antagonizing Dnmt3l[J]. Cell Reports, 2017, 18(8):1930-1945.DOI：10.1016/j.celrep.2017.01.074

[11] Thurston G D, Lippmann M. Ambient particulate matter air pollution and cardiopulmonary diseases.[J]. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine, 2015, 36(03): 422-432.DOI：10.1055/s-0035-1549455

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本文作者 | 王雪寧

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