生產(chǎn)性粉塵致巨噬細胞炎性反應及其與接塵工人健康損害的關(guān)系.pdf

1、在生產(chǎn)過程中,勞動者長期吸入石英含量>10％的生產(chǎn)性粉塵可導致以慢性肺纖維化為主要病理改變的職業(yè)病——矽肺,其纖維化的病變具有不可逆性,且目前無法治愈,是我國最嚴重的職業(yè)病。因此研究石英粉塵導致矽肺纖維化的發(fā)生及發(fā)展,對于矽肺的早期診斷、治療及預防具有十分重要的意義。
　　越來越多的研究表明,石英粉塵引發(fā)的氧化活性及肺部炎性反應是導致機體損傷的關(guān)鍵因素。最近,體內(nèi)外實驗研究表明石英粉塵誘導產(chǎn)生高水平的IL-1β,但IL-1β作用模

2、式及其導致的健康損害仍不清楚。
　　為探討不同粉塵引發(fā)炎性反應的程度和誘發(fā)炎性反應的機制及影響因素,收集了3個企業(yè)(江西的1個陶瓷廠和1個鎢礦,廣西的1個錫礦)作業(yè)點的生產(chǎn)性粉塵,以及不同粒徑的標準石英粉塵,選取PMA誘導THP-1單核細胞株分化的巨噬細胞作為靶細胞,采用體外細胞實驗的方法分析各廠礦粉塵毒性及致炎作用,結(jié)合接塵工人的健康狀況,綜合評價粉塵的致病能力,本研究主分為三個部分:(1)不同廠礦粉塵的化學組分及對接塵工人健康

3、的影響;(2)粉塵致對巨噬細胞損傷和炎性反應及其接塵工人健康損害的關(guān)系;(3)IL-1β在石英粉塵導致巨噬細胞炎性反應中的作用。
　　第一部分不同廠礦粉塵的化學組分及對接塵工人健康的影響
　　目的:探討粉塵的化學組分及其對接塵工人健康的影響。
　　方法:生產(chǎn)性粉塵樣本來自上述3個企業(yè),采用焦磷酸質(zhì)量法測定粉塵中游離二氧化硅的含量,采用原子吸收光譜法和原子熒光光譜法測定粉塵中化學元素的含量。本部分以上述3個企業(yè)1960年

4、1月1日至1974年12月31日期間在冊且工作一年以上的所有接塵工人為研究對象建立隊列,追訪至2003年底,以衛(wèi)生部發(fā)布的全國城市居民年齡別平均死亡率(1973-2003年)為對照計算標化死亡比。
　　結(jié)果:(1)瓷廠和錫礦粉塵中游離二氧化硅含量接近,分別為43.39％、43.60％;而鎢礦粉塵中游離二氧化硅含量高于瓷廠和錫礦粉塵,達到57.51％。
　　(2)陶瓷廠中除鋁元素的含量最高(10.64％)以外,其他元素的含量都

5、很低;鎢礦粉塵中鐵元素的含量最高,達到3.47％,鋅元素的含量最低,為0.09％;錫礦粉塵中鈣、鋅、砷元素的含量最高,分別為9.62％、0.33％、0.34％,鋁元素的含量最低,為2.80％。
　　(3)陶瓷廠隊列人數(shù)為907人,塵肺人數(shù)為148人,發(fā)病率為2.82‰。全死因標化死亡比(SMR)為1.15,塵肺、惡性腫瘤及肺癌標化死亡率比分別為85.26、0.58、0.77;鎢礦廠隊列人數(shù)為2350人,塵肺人數(shù)為788人,發(fā)病率為

6、8.44‰。全死因標化死亡比(SMR)為1.24,塵肺、惡性腫瘤及肺癌標化死亡率比分別為101.80、0.67、0.73;錫礦隊列人數(shù)為3108人,塵肺人數(shù)為466人,發(fā)病率為2.42‰。全死因標化死亡比(SMR)為1.07,塵肺、惡性腫瘤及肺癌標化死亡率比分別為48.67、1.44、2.43。
　　粉塵中游離二氧化硅含量是影響塵肺發(fā)病的關(guān)鍵性因素。陶瓷廠粉塵中鋁元素含量高于其它2類金屬礦山,可能是造成陶瓷廠工人累積接矽塵量高而塵

7、肺發(fā)病相對較低的主要原因。錫礦惡性腫瘤的升高與粉塵中砷的含量存在一定關(guān)聯(lián)。
　　第二部分粉塵致巨噬細胞損傷和炎性反應及其接塵工人健康損害的關(guān)系
　　第一節(jié)石英誘導巨噬細胞產(chǎn)生IL-1β的模型篩選
　　目的:探討石英粉塵激活巨噬細胞產(chǎn)生IL-1β的作用條件、時間效應及劑量效應。
　　方法:以PMA誘導THP-1單核細胞株分化的巨噬細胞作為靶細胞,選取三個粒徑的標準石英DQ12(DQ12-PM1,<1μm;DQ12-

8、PM3～5,3～5μm;DQ12-PM5,5μm),配制成900,600,300,150,75,37.5μg/m6個濃度,分別染毒巨噬細胞3、6、12、18、24h,測定巨噬細胞釋放IL-1β的水平。
　　結(jié)果:(1)三種粒徑的標準石英在3、6、12、18、24h這5個時間點均能誘導巨噬細胞釋放 IL-1β的水平升高,IL-1β的水平變化較明顯且較早的時間點為6h,呈現(xiàn)明顯的劑量反應關(guān)系。
　　(2)當粉塵濃度在75～300

9、μg/ml之間時,三種粒徑標準石英誘導巨噬細胞釋放IL-1β的水平有明顯的劑量反應關(guān)系,且粉塵濃度在300μg/ml時,釋放的IL-1β基本都達到了最高水平。在后續(xù)的實驗中選擇了37.5、75、150、300μg/ml作為染毒的濃度組。
　　第二節(jié)不同粒徑石英粉塵致巨噬細胞損傷及炎性因子變化
　　目的:探討不同粒徑石英粉塵對巨噬細胞的損傷及炎性反應作用,從而評價粒徑在粉塵致炎性及纖維化反應途徑中的作用。
　　方法:以P

10、MA誘導THP-1單核細胞株分化的巨噬細胞作為靶細胞,選取兩種不同粒徑的標準石英(DQ12-PM1,1μm;DQ12-PM3～5,3～5μm),以細胞空白為陰性對照,將粉塵配制成300,150,75,37.5μg/ml4個濃度,與巨噬細胞共培養(yǎng)6h,測定細胞活力(MTT)、活性氧(ROS)的釋放量及IL-1β、TNF-α、IL-6、TGF-β1、IL-18、IL-33的水平。
　　結(jié)果:不同粒徑的石英粉塵均能損傷巨噬細胞的細胞活力

11、,且隨粉塵濃度的升高,巨噬細胞的細胞活力也逐漸下降,均能誘導巨噬細胞釋放活性氧(ROS)及炎性細胞因子的表達。在較低濃度組(37.5、75、150μg/ml),粒徑為 PM1的標準石英誘導巨噬細胞釋放IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-33的水平略高于粒徑為PM3-5的標準石英;在最高濃度組300μg/ml,粒徑為PM3-5的標準石英粉塵的作用能力較強。
　　第三節(jié)生產(chǎn)性粉塵致巨噬細胞的損傷及炎性因子變化及其與接塵工人健康損害

12、的關(guān)聯(lián)
　　目的:分析生產(chǎn)性粉塵致巨噬細胞炎性因子的反應,評價炎性因子變化與接塵工人健康損害之間的可能關(guān)聯(lián)。
　　方法:上述企業(yè)作業(yè)點的呼吸性粉塵作為本次試驗粉塵,以標準石英為陽性對照組,其他方法同第二部分第一節(jié)。
　　結(jié)果:瓷廠、鎢礦及錫礦粉塵均可導致巨噬細胞的細胞存活率下降、釋放炎性細胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-18、IL-33)及抗炎細胞因子(TGF-β1)水平升高,并隨粉塵濃度的升高有一定的

13、劑量反應關(guān)系。瓷廠粉塵致巨噬細胞活力下降的程度最顯著,錫礦粉塵次之,鎢礦粉塵最弱;鎢礦和錫礦粉塵誘導巨噬細胞產(chǎn)生前炎性細胞因子(IL-1β、TNF-α和IL-6)的作用能力強于瓷廠,在低濃度組(37.5、75μg/ml),鎢礦和錫礦粉塵誘導巨噬細胞產(chǎn)生IL-1β的能力顯著強于標準石英,而在最高濃度組(300μg/ml),標準石英誘導產(chǎn)生IL-1β的能力顯著強于瓷廠、鎢礦及錫礦粉塵。鎢礦和錫礦粉塵在各濃度組誘導巨噬細胞釋放TNF-α的水平

14、顯著高于標準石英。但鎢礦粉塵幾乎未能誘導巨噬細胞產(chǎn)生TGF-β1,錫礦粉塵幾乎未能誘導巨噬細胞產(chǎn)生IL-18及IL-33。
　　鎢礦和錫礦粉塵作用于巨噬細胞后誘導產(chǎn)生前炎性細胞因子(IL-1β、TNF-α和IL-6)的能力都較強,而抗炎細胞因子(TGF-β1)的表達卻很低;瓷廠粉塵誘導巨噬細胞釋放前炎性細胞因子的能力最弱,但抗炎細胞因子的水平卻相對較高,與接塵工人患矽肺危險度也是鎢礦和錫礦的較高,瓷廠的最低相對應。本部分研究提示I

15、L-1β對評價生產(chǎn)性粉塵致纖維化的有一定的預測作用。
　　第三部分 IL-1β在石英導致巨噬細胞炎性反應中的作用
　　目的:探討IL-1β在石英引發(fā)的炎性反應中的作用。
　　方法:以PMA誘導THP-1單核細胞株分化的巨噬細胞作為靶細胞,將重組的IL-1β配制1600,800,400,200,100pg/ml5個濃度,染毒巨噬細胞6h或24h;用50ng/ml的LPS預處理巨噬細胞6h,將標準石英粉塵配制成300,15

16、0,75,37.5μg/ml4個濃度,與LPS預處理的巨噬細胞共培養(yǎng)6h;用2.5μg/mlIL-1β單克隆抗體預處理細胞,按300,150,75,37.5μg/ml4個濃度的不同粒徑的標準石英染毒巨噬細胞6h或24h,均測定細胞培養(yǎng)液上清中IL-1β、TNF-α、IL-6的水平。
　　結(jié)果:(1)重組IL-1β作用于巨噬細胞6h和24h后,均可誘導其釋放TNF-α、IL-6的水平升高,有明確的劑量反應關(guān)系;并隨時間的延長,TNF

17、-α、IL-6的水平也逐漸增高;但未能誘導其釋放IL-1β,反而重組IL-1β本身的水平呈現(xiàn)下降的趨勢,并隨時間的延長其下降的趨勢越明顯。
　　(2)標準石英作用于LPS預處理的巨噬細胞6h后,能誘導其分泌IL-1β、TNF-α、IL-6的水平均隨粉塵濃度的增加而逐漸上升,有明顯的劑量反應關(guān)系,且三種炎性細胞因子的水平明顯高于未用LPS預處理的巨噬細胞。
　　(3)IL-1β抗體能明顯降低高濃度組(150、300μg/ml)