城市大气细颗粒物中诱导细胞凋亡的水溶性组分

大气细颗粒物（PM_2.5）污染对人体健康具有负面影响，一直是大气污染防治的重点所在。城市大气中PM_2.5的来源和化学组成均十分复杂，探究其中的有效毒性组分，是空气污染与健康研究的首要任务之一。

中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室副研究员马慧敏与研究员张干、李军等合作，采集了四个季度的环境大气PM_2.5样品，运用生物效应导向分析的技术方法，对比评估了同等体积空气下PM_2.5中水溶性组分和脂溶性组分诱导细胞毒性的能力，进一步采用核磁、光谱、碳同位素等技术手段，对毒性较大的组分中起关键作用的化合物进行了结构和来源解析。

马慧敏等的研究发现，在同等空气体积下，相比于脂溶性有机组分（二氯甲烷提取物），所采集的样品中PM_2.5的水溶性组分（水提取物）呈现出更强的诱导细胞凋亡的能力。为了进一步探究水溶性组分中诱导细胞毒性的主要组分及其来源，研究团队采用氢谱核磁共振分析（1H NMR）和光谱分析（MAE₃₆₅）技术对水溶性组分进行了表征，发现NMR4（代表芳香类化合物）的相对含量、MAE₃₆₅均与细胞凋亡显著相关。这表明水溶性组分中具有芳环结构和/或共轭双键结构的有机化合物可能是诱导细胞毒性的主要化学物质。

随后，研究团队测量了水溶性组分的稳定碳同位素（δ¹³C）和放射性碳同位素组成（Δ¹⁴C）组成，发现Δ¹⁴C与细胞凋亡存在显著相关关系。这表明诱导毒性的物质可能更多地直接（一次源）或间接（作为前体物）来源于生物质燃烧和生物排放等非化石源。水溶性组分中的钾离子（K⁺）是生物质燃烧的标志物，其与细胞凋亡之间亦存在显著正相关，佐证了生物质燃烧来源的重要性。

最后，研究团队对δ¹³C和Δ¹⁴C数据进行贝叶斯模型分析，将水溶性碳质组分解析为交通源、煤炭燃烧源、C3植物和C4植物（燃烧或植物排放）等四大类来源。其中，C4植物（如玉米秸秆）的燃烧对本次PM_2.5样品中水溶性组分的贡献最大；交通源可能主要通过生成二次产物对PM_2.5的水溶性组分产生贡献。

综上，城市大气PM_2.5中的水溶性组分相比于脂溶性组分具有更强的诱导细胞凋亡的能力，在其中，含有芳香结构、共轭双键结构的有机化合物可能是产生细胞毒性的主要组分，而生物质燃烧等非化石源排放是本次研究样品中诱导细胞凋亡的毒性物质的主要来源。该研究提示，从人体健康保护的角度，须高度重视大气PM_2.5中水溶性组分，并有效防止大面积秸杆焚烧、野火等区域生物质燃烧事件的发生。

相关研究成果2月17日在线发表于《环境国际》（Environment International）。