空气污染对于人体健康可产生全方位的影响，PM2.5暴露以其特殊的生物危害效应，已成为研究的热点。尤其对于儿童，环境PM2.5暴露对气道炎症相关性疾病的发生、发展影响深远。PM2.5暴露可明显增加儿童支气管哮喘(哮喘)的发病率和哮喘急性发作的风险，可增加咳嗽、气促、胸闷等呼吸道感染症状，可增加肺癌发生的风险。PM2.5暴露可导致气道炎症细胞浸润，17型辅助性T淋巴细胞及其相应细胞因子表达上调，调节性T淋巴细胞及其相应细胞因子表达下调；通过芳香烃受体、Toll样受体(TLR)2/TLR4/髓样分化因子88信号通路等调控气道炎症反应；通过增加活性氧的产生和消耗抗氧化储备来诱导氧化应激；还可能通过表观遗传影响子代健康。针对PM2.5暴露，应加强室外、室内卫生保健和预防性药物干预。如何从源头和政策层面有效控制空气污染、降低PM2.5，还一个清新环境，仍然面临诸多挑战。
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空气污染又称大气污染，是指大气中污染物浓度达到有害程度，超过了环境质量标准，破坏生态系统和人类正常生活条件，对人和物造成危害的现象。凡是能使空气质量变坏的物质均属于空气污染物。空气污染对于人体健康的危害已被广泛的认知与重视。在造成空气污染的原因中，大气环境中颗粒物(particulate matter，PM)尤其是直径≤2.5 μm的细颗粒物(PM2.5)由于其特殊的生物危害效应，已成为研究的热点。这些悬浮在空气中的微细固体或液体颗粒物可随呼吸进入人体，对全身各个系统的健康带来严重影响，尤其是处于生长发育中的儿童[1]。现就环境PM2.5暴露对气道炎症相关性疾病发生、发展的影响进行阐述，以提高对PM2.5环境暴露危害性的认识。
大气中固体或液体PM物质，根据成因可分为一次PM和二次PM，前者由天然污染源和人为污染源释放到大气中直接造成，如土壤粒子、海盐粒子、燃烧烟尘等；后者由大气中某些污染气体组分(如二氧化硫等)之间或这些组分与大气中的正常组分(如氧气)之间通过光化学氧化等反应转化生成，如二氧化硫转化生成硫酸盐等。
PM2.5可吸附多种有害气体和重金属，主要含黑炭、重金属、硝酸盐、硫化物、多环芳烃、汽车尾气颗粒物等。由于污染来源不同，PM2.5组成成分也不同。PM2.5主要有3大特征：微细的颗粒体积、较大的表面积、较强的毒素吸收能力[2]。这些特征使得PM2.5易通过呼吸道进入肺部组织，沉积于肺泡，甚至进入血液循环，引起气管壁、肺泡壁、血管壁的炎症反应，既能引起呼吸系统疾病，也可对其他系统造成损害[3]。
1990年至2013年，美国对超过18 000人和5 000个家庭进行为期24年的追踪，结果表明空气污染明显增加了儿童哮喘的发病率[4]。一项对4 000余例儿童进行为期20余年的追踪随访结果表明，降低环境二氧化氮(NO2)和PM2.5水平与哮喘发病率的降低显著相关[5]。有学者对484例9～19岁哮喘患儿进行6～9个月的随访，评估哮喘控制情况、哮喘生活质量、缺课天数和卫生保健资源利用情况，通过监测空气污染物浓度，以多变量广义线性混合模型作为污染物函数模拟哮喘研究。结果表明，67%的儿童有中-重度持续性哮喘，在多污染物模型中，颗粒物(PM2.5)、黑碳和NO2浓度升高是哮喘控制恶化的独立危险因素。随着PM2.5和NO2浓度的增加，哮喘急性发作的概率分别增加59%和34%；黑碳中PM2.5比例增加，可增加哮喘急性发作的风险[6]。
中国是世界上PM2.5水平最高的国家之一[7]。一项对上海、重庆、合肥、沈阳等城市PM2.5水平与健康关系的研究表明，PM2.5可促进人群对常见变应原的敏感性和变应性呼吸道疾病的发展，结果与发达国家的研究结果相一致。空气中PM2.5浓度可导致原有的呼吸系统疾病症状恶化，与哮喘急诊数量相关，并可增加哮喘病死率[8]。PM2.5水平上升使得因哮喘急性发作而需住院的儿童哮喘人数显著增加，且年龄较大儿童受影响更大，在气候温暖时影响更明显，而性别之间无明显差异[7]。但也有研究表明，哮喘患者在寒冷季节较温暖季节住院率更高[9]。一项研究利用泊松广义线性回归联合分布滞后非线性模型，回顾分析2015年至2016年17 227例住院哮喘患儿，结果表明，儿童哮喘就诊率与环境PM2.5浓度呈正相关[10]。PM2.5每下降8.1 μg/m3，儿童哮喘发病率每100人年可下降1.53例[7]。
一项来自欧洲31.3万人的大型队列研究显示，长期暴露于PM2.5环境可增加肺癌发病的危险，尤其是肺腺癌的风险，肺癌死亡率也可上升，PM2.5每上升5 μg/m3，患肺癌的风险比(hazard ratio)为1.18，在校正混杂因素后，PM2.5每上升10 μg/m3，肺癌死亡风险比为1.24[11]。肺癌患者诊断后如继续暴露于污染空气，可明显缩短生存期[12]。研究表明，PM2.5通过microRNA(miRNA)异常调节参与肿瘤相关信号通路的激活、DNA甲基化、细胞因子和炎症细胞的增加、肿瘤细胞的自噬和凋亡，引起肿瘤细胞微环境和表观遗传改变，最终导致肿瘤的发生[13]。
居住在拥挤繁忙的街道和排放烟雾的工厂附近，居民呼吸系统疾病患病率会更高[14]。早在20世纪末，已发现生活在空气污染环境的人群，42%有呼吸道症状(咳嗽、气喘、胸闷、短促)，20%有呼吸困难[15]。2013年亚洲雾霾危机期间所见的临床症状包括口腔或咽喉不适(68.8%)、鼻子不适(64.1%)、眼睛不适(60.7%)、头痛(50.3%)、呼吸困难(40.3%)等[16]。PM2.5水平的上升可导致急性支气管炎的门急诊患者数量急剧增加[17]。PM2.5所含的金属元素可与肺炎分枝杆菌相互作用，使肺炎分枝杆菌感染的高峰在儿童时期和雾霾时期同时出现，也增加了儿童与空气污染相关的感染性肺炎等疾病的发生风险[18]。如PM2.5浓度降低至10 μg/m3，儿童患呼吸系统疾病的概率可下降90%[19]。
研究表明，COPD急性加重与空气污染有关，尤其是PM2.5暴露。PM2.5每增加10 μg/m3，咳嗽症状增加33%，咳痰症状增加23%；肺气肿、COPD等发病率和死亡率与PM2.5的浓度密切相关[20]。
PM2.5引起的不良反应主要由PM2.5颗粒物的体积和颗粒物上吸附的毒性物质共同作用所致。PM2.5暴露可使气道上皮细胞损伤、炎症细胞浸润、辅助性T淋巴细胞(Th)失衡。特定无菌环境下PM2.5暴露的小鼠动物实验结果表明，PM2.5暴露的小鼠气道炎症细胞浸润明显增加，有效干预可减轻气道炎症程度[21]。
PM2.5暴露可影响Th1细胞[CD3＋CD4＋γ干扰素(IFN-γ)＋]、Th2细胞[CD3＋CD4＋白细胞介素(IL)-4＋]调节性T淋巴细胞(Treg)(CD3＋CD25＋Foxp3＋)、Th17细胞(CD3＋CD4＋IL-17＋)的表达。与对照组相比，PM2.5诱导的Th17细胞数量明显上调(2.694±1.480比0.986±0.401，P＝0.021)，Treg数量明显降低(4.754±1.421比2.734±0.755，P＝0.07)，PM2.5暴露诱导的大鼠Th1、Th2细胞与对照组比较虽差异无统计学意义，但Th2细胞呈上升趋势。IL-4、IL-5、IL-13、IL-17明显上升，IL-10明显下降，而IFN-γ的水平两者之间无明显差异。
芳香烃受体(AhR)是一种配体激活转录因子，能感受外界环境中异生物质刺激，在细胞发育和免疫调节中发挥作用。PM2.5暴露可使气道上皮细胞、黏膜下腺体、血管内皮和浸润到黏膜的炎症细胞AhR表达增强，表明环境PM2.5可以激活AhR，通过AhR通路参与气道炎症相关疾病的发生。现已证明，空气污染激活AhR在促进哮喘等过敏性疾病的发生和发展中起关键作用[22]。
PM2.5暴露通过Toll样受体(TLR)2/TLR4/髓样分化因子88(MyD88)信号通路调控气道炎症反应[23]。抗原递呈细胞(巨噬细胞、树突状细胞)和气道上皮细胞所表达的TLRs是先天免疫传感器。PM2.5暴露通过TLRs信号通路，加重卵白蛋白(OVA)诱发的小鼠气道炎症。引起IL-5、IL-13、嗜酸细胞活化趋化因子、单核细胞趋化蛋白3(MCP-3)的上升，气道嗜酸性细胞浸润，气道上皮杯状细胞增殖及血清中抗原特异性IgE、IgG产生，从而诱导气道炎症。PM2.5激活TLRs信号，同样导致炎症细胞因子的产生，导致与Th2反应相关的固有和适应性免疫的激活。在TLR2-/-、TLR4-/-和MyD88-/-小鼠，PM2.5的暴露，同样由OVA诱发，但气道炎症得到明显抑制。这些抑制作用在TLR2-/-小鼠强于TLR4-/-小鼠；特别是在MyD88-/-小鼠中，这种OVA诱导气道炎症能力相当微弱，肺部病理改变可忽略不计。另外，单独暴露于PM2.5可增加支气管肺泡灌洗液(BALF)中的中性粒细胞数量，可增加野生型(WT)小鼠作为趋化因子的角化细胞化学诱导剂(KC)表达，而IL-8作为KC人类同源物，是募集并激活中性粒细胞，参与气道炎症形成的重要炎症因子。而在PM2.5暴露于TLR2-/-、TLR4-/-和MyD88-/-的小鼠，上述改变可受明显抑制。
PM2.5所带的金属含量是导致心肺疾病的重要因素[24]。一般来说，重金属可通过增加活性氧(ROS)的产生和消耗抗氧化储备来诱导氧化应激，重金属被过氧化氢氧化，被认为与DNA损伤和脂质过氧化有关[25]。呼吸性微粒或纤维性粉尘可穿透呼吸系统并到达肺泡，从而产生ROS和其他氧化剂或自由基，ROS参与脂质过氧化、DNA突变和蛋白质(酶)氧化损伤。因而，氧化应激是导致气道炎症和肺部病理变化的主要因素之一。特别是人类吸入PM2.5与增殖蛋白激酶(MAPK)家族和核因子(NF)-κB和激活蛋白1(AP-1)等的激活有关，而这与细胞凋亡、增殖、转换、分化及气道炎症的形成过程密不可分。
除了PM2.5所带的重金属可直接产生ROS外，气道靶细胞，如肺上皮细胞和肺巨噬细胞在与PM2.5颗粒物质相互作用和/或吸收后也可产生ROS，并可通过激活应答基因所共有的激酶和转录因子，如细胞间黏附分子-1、IL-6、胞质和诱导型一氧化氮合酶、锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、胞质磷脂酶A2等多个途径，在气道上皮细胞对颗粒和污染物的整体反应中发挥作用[26]。
DNA甲基化作为一种相对稳定的修饰状态，在DNA甲基转移酶作用下，随DNA的复制过程遗传给子代，是最为重要的表观遗传机制。动物实验表明，父代吸烟和/或暴露于烟雾环境，F1子代可通过大脑中mmu-miR-15b的CpG岛岸区高度甲基化表观遗传，导致其行为改变[27]。父代尼古丁暴露可通过多巴胺转运体(Dat)的超甲基化，在子代小鼠大脑中形成超甲基化印记，这些表观遗传修饰降低了后代大脑中Dat的表达，导致细胞外多巴胺水平上升，最终导致子代小鼠过度活跃与多动[28]。一项临床研究显示，孕妇在怀孕期间吸烟与11个基因区域的15个CpG位点的DNA甲基化变化有关，这种变化可一直影响其子女至成年以后[29]。最新研究表明，DNA甲基化在哮喘的发病中起关键作用，亲代烟雾环境暴露使得芳香烃受体阻遏物(aryl hydrocarbon receptor repressor，AHRR)DNA甲基化下调，减轻对子代AhR基因阻遏，使AhR基因表达增强，与子代在生命早期气道炎症形成密切相关[30,31]。
PM2.5与气道炎症相关性疾病的发生密切相关。因而对于环境，卫生主管部门应及时通报PM2.5指数。对于雾霾天气，及时定期更新和预报雾霾情况和PM2.5动态变化，以提高公众，尤其是患有慢性呼吸道炎症性疾病患者对PM2.5危害的认识，也有利于帮助他们减轻心理压力[32]。对个人而言，PM2.5可加重哮喘、COPD病情，采取必要的措施进行干预十分重要[16]。
对于哮喘、COPD患者，雾霾天气尽量待在室内，避免直接接触雾霾。避免早晚上下班高峰期出行，尽可能选择乘坐私家车或公交、地铁等。必要时可佩戴口罩；但对于严重的哮喘、COPD患者，不宜长期佩戴口罩，以防加重呼吸困难。
雾霾天气尽可能关闭门窗。可安装空气净化器净化空气，或使用加湿器来降低空气中的PM2.5悬浮，打扫房间时选择用湿拖把替代扫帚。注意饮食均衡，多摄入富含维生素和蛋白质的食物，如新鲜的瓜果蔬菜。室内PM2.5暴露干预(空气净化器、空气过滤器)可有效改善哮喘儿童气道阻力和炎症状态，特别是小气道气流受限[33]。
对于变应性鼻炎和哮喘患者，在PM2.5明显增高的情况下，可使用或适当增加抗过敏药物、支气管舒张剂及吸入性激素的用量；对于COPD患者，可使用家庭氧疗；如有喘息和呼吸困难，可使用支气管扩张剂；如有肺部感染征象，可适当应用抗生素。如患者同时伴其他疾病，需及时进行相应治疗，避免疾病恶化。
目前面临的挑战是如何从源头上有效控制PM2.5，以有效降低PM2.5导致的气道炎症相关性疾病。大气中源自火山爆发、沙尘暴等自然过程产生的一部分颗粒物难以避免。更多的大气污染物往往由燃烧化石燃料(煤、石油等)、废弃物、垃圾等导致，多由硫和氮的氧化物转化而成，这在发展中国家尤为明显。室内二手烟则是颗粒物最主要的来源，使用品质较佳的香烟也只是吸烟者的自我安慰(甚至可能因为气味较低，而造成更大危害)。生活中需要经过燃烧的过程一般都会产生具有危害性的颗粒物。
同样值得思考的是，如何从国家政策层面，更好地调整产业结构、能源结构、转变生产等，进一步淘汰高污染行业的过剩产能，大力发展清洁能源；如何进一步完善PM2.5控制的法规体系、大气污染物监测体制，加大力度治理机动车尾气和严格控制企业挥发性有机物排放，加大公共场所控烟力度。从家庭及个人层面，如何响应节能减排的号召，倡导绿色出行、使用清洁能源，戒烟控烟等。
总之，虽然最近几年在有效控制大气污染和PM2.5方面取得了令人满意的效果，但离青山绿水、自然清新的环境仍然任重而道远。
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