野外火灾引起了重大的全球环境和公共卫生问题，并且近年来火灾频发，带来了严重的社会后果。在此前，火灾引起的相关毒性生物学机制或者烟雾带来的心肺疾病在很大程度上是未知的。来自美国北卡罗来纳大学的研究人员分析发现，细胞外囊泡 (EV) 进行的跨组织通讯参与了火灾烟雾引起的心肺疾病，烟雾诱导的外周血EV中的miRNA的差异表达造成了心肺应激变化。相关成果以“Wildfires
and extracellular vesicles: Exosomal MicroRNAs as mediators of cross-tissue
cardiopulmonary responses to biomass smoke”为题于7月16日在卫生环境领域顶级期刊Environment International杂志上发表。
图：以往研究和本研究提出的火灾烟雾导致的外泌体miRNA变化及组织间通讯机制。与火灾相关的暴露环境会导致机体内部的一些炎症、免疫功能改变以及肺和心脏内的组织损伤。导致组织损伤和炎症的分子机制包括缺氧和细胞应激的变化。缺氧的特征是氧气受到限制，并且当长时间缺氧时，会引起氧化细胞应激。在缺氧反应中的作用而闻名的一个关键途径是HIF1A途径，其中 HIF1A 激活导致适应性反应，包括组织保护和适应。HIF1A 信号与炎症和其他与组织损伤和修复相关的反应密切相关，并在肺和心脏中证明了功能和疾病的影响。由于缺氧和细胞应激相关信号在整个心肺系统的细胞健康和损伤中发挥着重要作用，因此研究人员着手评估这些途径在响应跨组织的火灾暴露条件下的潜在作用。研究人员将雌性 CD-1小鼠暴露于以下物质燃烧场景中收集的烟雾样本，包括燃烧的煤炭、阴燃的煤炭、燃烧的红橡木和阴燃的红橡木，用来在实验室模拟室外的野火场景。在烟雾暴露后 4 和 24 小时收集肺组织、支气管肺泡灌洗液 (BALF) 样品、外周血和心脏组织。同时，研究人员从血浆中分离出富含外泌体的 EV，对其进行物理表征，并对miRNA表达进行分析，RNA测序用于分析和评估肺和心脏的信号通路。研究人员发现，来自 BALF 样本的心肺组织损伤和炎症标志物在火灾烟雾暴露后发生了显著变化，在燃烧条件下的变化最为明显。与心血管疾病相关的血浆 EV miRNA 显示出表达的改变，包括miR-150、miR-183、miR-223-3p、miR-30b和 miR-378a，这些miRNA靶向的心肺中的mRNA在缺氧和细胞应激相关途径具有差异表达。燃烧的红橡木暴露在心脏中诱发了最强的转录反应，其中很大一部分被预测为受血浆 EV miRNA 的调节。对miR-30b的后续分析表明，在其前体分子pri-miR-30b 没有变化的情况下，miR-30b在烟雾暴露的小鼠心脏中的表达增加，这表明它可能从血浆EV的途径转移而来。这些结果证明，外周血EV中的miRNA在不同火灾烟雾暴露下表现出差异表达，并且与肺和心脏中缺氧和细胞应激信号变化的改变有关。参考文献：Carberry CK, Koval LE, Payton A, et
al. Wildfires and extracellular vesicles: Exosomal MicroRNAs as mediators of
cross-tissue cardiopulmonary responses to biomass smoke. Environ Int.
2022;167:107419.
