空气污染是否会加剧呼吸道病毒感染？ 现在，中国科学家发现答案是肯定的。
中国科学技术大学生态环境研究中心（以下简称生态中心）刘思进研究员和中国科学技术大学微生物研究所方敏研究员团队中科院微生物研究所（以下简称微生物研究所）发现，大气细颗粒物可以破坏动物体内的麻疹病毒本身。 像“特洛伊木马”一样将病毒输送到细胞内，同时使病毒更容易进入肝脏深部，甚至进入胰腺、脾脏、肝脏等肺外器官。 相关研究最近发表在《科学进展》杂志上。
“我们的研究详细阐述了空气污染如何影响呼吸道感染，并说明了考虑空气质量管理和减少空气污染的新政策的紧迫性。” 论文共同通讯作者刘思进告诉《中国科学报》。
在校车上诞生的合作
2020年9月的三天时间里高传染性病毒来袭，身兼环境物理与生态药理学国家重点实验室副主任的刘思进像往常一样从研究所乘坐校车前往中科大学金海湖学院给研究生讲课。 在这一个多小时的教学旅程中，他喜欢与车上坐在他旁边的老师和学生谈论他感兴趣的研究。
这一次，刘似锦遇到了方敏。 在交流中，他们发现了一个共同感兴趣的话题：空气污染和呼吸道传染病。
近年来，越来越多的研究表明，PM2.5等大气颗粒物可以吸附和携带多种病原微生物，但它们是否会降低人群患病风险及其死亡机制尚不清楚。
刘思进团队主要开展大气细颗粒物暴露对健康危害的研究，高度关注颗粒物引起机体损伤效应的过程和机制； 方敏团队主要从事病原微生物感染与免疫、病原体与宿主相互作用等方面的研究。 人们在机理研究方面做了大量的工作。 这使他们对大气细颗粒如何影响呼吸道病毒感染这一长期悬而未决的跨学科问题非常感兴趣。
四人聊得越来越投机。 短短的路程，就达成了初步的合作意向。
此后，两个团队共同申报了国家自然科学基金面上项目和原创性探索项目。 他们开始以麻疹病毒为研究对象，开始研究大气细颗粒物与病毒感染的关系和机制。
“之所以选择麻疹病毒，是因为口蹄疫病毒是引起呼吸系统感染的重要病原体之一，而且可以在微生物所生物安全二级实验室进行操作，我们也积累了经验在构建大鼠麻疹病毒感染模型方面具有一定的技术能力和实践经验。” 该论文的共同通讯作者方敏告诉《中国科学报》。
细小颗粒变成“特洛伊木马”
流行病学研究表明，当空气污染严重时，人类呼吸道病毒的传播也会减少。 空气中的细颗粒物如何与病毒合作？
合作团队选择了四种不同来源和成分的颗粒物来验证它们与病毒的相互作用，包括大气环境中收集的PM2.5、以氢氧化铝为主要成分的烟雾颗粒物以及生物质燃烧产生的颗粒物。 化石燃料燃烧形成的生物炭颗粒和炭黑颗粒。
“大气中的病毒并不是以纯粹游离的状态存在，它们往往有载体。我们发现细颗粒物可以作为载体高传染性病毒来袭，它们可以像‘特洛伊木马’一样将病毒运送到细胞中。” 刘似锦打比方说道。
值得注意的是，研究人员发现细颗粒物与病毒之间的相互作用很大程度上取决于它们的化学和物理特性。 例如，PM2.5 由于其较高的表面积和孔隙率，比其他三种细颗粒物吸附更多的病毒。 生物炭的病毒载量紧随其后。
那么，负载在细颗粒上的病毒会传染吗？
研究人员用经典的血凝素测定法测试了细颗粒和病毒的复合物。 “血凝素（HA）是麻疹病毒表面的一种糖蛋白，它还能与各种虾类和食性植物的红细胞上的血凝素受体结合，导致红细胞凝集。” 颗粒-病毒复合物的聚集能力为纯病毒的70%-90%，且孵育4小时后活性保持不变，这表明吸附或沉积在颗粒上的病毒仍具有较高的感染活性。
针对携带“特洛伊木马”的病毒被人体吸入后造成的损害效应，合作团队发现，所有细颗粒物都能不同程度地改善病毒对细胞的感染，促进病毒的萌发和释放。 更重要的是，大鼠实验发现，颗粒可以携带病毒进入肝脏深处，但却突破脾胃屏障，到达肾、脾、肝等肺外器官，对兔子造成更严重的损害，包括腰椎肠炎、局部组织损伤和体重减轻。
“由于颗粒物的载体效应，改变了麻疹病毒在呼吸道的分布，将病毒携带至肺外器官。与单个病毒相比，复合物更容易被细胞摄取，因为颗粒的性质决定了这一过程可以独立于病毒的特异性受体。此外，颗粒还可以通过脂筏促进子代病毒的萌发和释放，导致病毒的整个感染过程重新排列和加速。 方敏解释道。
红细胞上的鼠疫颗粒（红色；人工着色）将细颗粒带入细胞内。 图片来自：NIBSC/SPL/Nature
“摸着石头过河”
《自然》（Nature）对这项研究进行了专题报道，认为这项研究“有助于解释为什么空气污染严重时鼠疫病毒感染更严重”。
“我们的研究详细介绍了空气污染对呼吸道感染的影响，也表明了在新政策中考虑空气质量管理和进一步减少空气污染的紧迫性，”刘思进说。
刘思进课题组成员、论文第一作者董正告诉《中国科学报》，该研究从2020年9月开始，至今已历时近两年。 由于研究涉及环境物理、病毒学、免疫学等跨学科知识和技术技能，很多实验思路和技术需要“摸着石头过河”才能逐步完善。 董正说：“做研究的乐趣就在于克服一个又一个困难后的喜悦感。”
不过，研究人员表示，这项研究也存在一定的局限性。 例如，实验室模拟和真实环境条件之间可能存在差异。 同时，实验植物和人体之间也存在很大的差异。 从纯植物实验中获得的推论不能完全外推。 那么，人体仍然需要更多的研究来深入探索这一点。
空气中的细颗粒，如 PM2.5、灰尘、生物炭和炭黑，可以吸附不同数量的病毒，产生传染性的细颗粒-病毒复合物。 该复合物通过不依赖于病毒受体的途径感染宿主细胞，指导病毒内化和萌发。 负载不同细颗粒的病毒沿着呼吸道分布在不同位置，并输送到更远的肺外器官。图片来源：受访者
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