編者按
大氣細顆粒物（PM2.5）污染是一個全球性的環境問題。盡管我國PM2.5治理已經取得了顯著進展，但當前全球范圍內PM2.5的健康危害風險卻仍居高不下。那么，這些細顆粒物會對健康造成什么危害？引發這些不良健康結局的關鍵毒性機制是什么？觸發這些毒理機制的具體毒性組分是什么？為解答這些關鍵科學問題，國家自然科學基金重大研究計劃“大氣細顆粒物的毒理與健康效應”（以下簡稱重大研究計劃）應運而生。
自2015年起，在重大研究計劃支持下，科學家們致力于研究PM2.5的溯源技術、毒性組分與機理，系統總結PM2.5污染的健康影響理論和應對方法，并面向社會公眾開展PM2.5危害和防護的科普工作，取得跨越式發展。
開發效應導向的PM2.5毒性組分識別平臺的科研團隊合影。受訪者供圖
細如微塵，大氣細顆粒物（PM2.5）悄然無息地穿越空氣的每一寸空間。它們小到足以溜過人體自身防線進入鼻腔，穿過呼吸道黏膜直抵肺部深處。它們攜帶著有害的化學物質，侵入人體各個器官，施展破壞的魔法。
這些微小顆粒究竟如何影響人類健康？為系統、全面地回答這個問題，2015年，國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）啟動國家自然科學基金重大研究計劃“大氣細顆粒物的毒理與健康效應”。
在重大研究計劃實施的10年時間里，中國科學家見“微”知著，針對PM2.5這一全球性環境問題，瞄準其健康危害機制這一國際性科學難題取得多項突破?！拔覀兲剿鞒鯬M2.5健康危害的全鏈條研究路線，系統揭示了PM2.5對不同疾病終點的影響及毒性機制?！敝卮笱芯坑媱潓＜医M組長、中國科學院院士江桂斌告訴《中國科學報》，“我們的研究緊密圍繞PM2.5毒理與健康研究中的關鍵科學問題，若干新的發現發表在《新英格蘭醫學雜志》《柳葉刀》《自然》等世界著名學術期刊。在此基礎上，我們提出了健康導向的PM2.5精準防控新范式，為未來大氣污染的高質量管控提供了科學支撐?！?span style="display:none">nG3流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
近期，重大研究計劃順利完成結題評估。
揭開PM2.5的毒理“黑箱”
早在10多年前，“PM2.5”這個原本晦澀的科學術語，在冬季頻繁出現的霧霾天里逐漸具象化，進入了公眾視野并廣為人知，成為一個全民關注的環境問題。
PM2.5指的是空氣中直徑小于或等于2.5微米的顆粒物，這一尺寸大約是人類頭發直徑的1/20到1/30。這些微小的顆粒物可以隨著呼吸進入肺部，甚至通過血液到達全身。由于其本身含有毒性組分，能與體內分子相互作用干擾正常生命過程，從而引發不同疾病。
2013年，國際癌癥研究機構（IARC）發布報告稱：“大氣污染是引起癌癥的主導性環境因素?！痹凇读~刀》上發表的一項研究對比了不同污染場景對健康的影響，同樣揭示由空氣污染造成的危害要遠超水體污染、土壤污染、重金屬污染等。
長期從事毒理學研究的江桂斌解釋說：“毒理學是研究‘毒物’對生命影響的一門科學。這里的‘毒物’不一定是劇毒藥物，也可能是食品環境中的污染物，比如PM2.5?！?span style="display:none">nG3流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
站在毒理學的視角，他們對這些問題進行了深入思考：PM2.5包含什么？它如何通過呼吸、皮膚和食物進入身體？它會造成哪些短期或者長期的健康危害？多少劑量是安全的？
科研人員介紹，自20世紀30年代以來，大氣污染對人體健康的影響逐漸引發全球關注。而早期研究主要聚焦于二氧化硫和氮氧化物為主的污染物引發的呼吸系統疾病與心血管系統疾病。同時，科研人員還發現，PM2.5具有顯著區別于經典大氣污染物的特性，沿用原有的研究框架難以獲得PM2.5與疾病之間因果關系的科學證據。
當前PM2.5污染的形成機理已基本被摸清，監測數據、行業清單、控制技術等領域也有國際經驗可以借鑒，卻唯獨在毒理和健康效應領域的認識較為有限?！按髿饧氼w粒物的毒性組分不清、毒性機制不清、健康危害不清，讓我們無法實現對大氣污染的精準控制，從而有效保障人民健康。”江桂斌表示。
為揭開PM2.5如何影響健康的“黑箱”，2015年，重大研究計劃啟動。
經過深入調研，科研人員凝練出三個核心科學問題，包括“典型區域大氣細顆粒物的毒性組分及暴露研究方法學”“大氣細顆粒物毒性組分的生物學效應與毒理學機制”，以及“大氣細顆粒物的人群健康危害評估”。
他們相信，對這些科學問題的研究有望厘清大氣細顆粒物的毒理與健康效應，建立起“疾病響應鑒定—毒理機制解析—毒性組分識別—源頭精準控制”的全鏈條研究路線。
走向全球的新范式
在剛剛過去的2024年，藍天持續“霸屏”是許多人的切身感受。近年來，我國“藍天保衛戰”取得的成效有目共睹，PM2.5污染水平呈現逐年下降的趨勢，但隨之產生的健康收益卻相對有限。
江桂斌和同行們認為，在高水平環境保護支撐高質量發展的新階段，PM2.5防控應當從“質量達標導向”轉向“健康導向”。他表示：“由于我們過去對PM2.5的健康危害認識不系統、不全面，只能‘眉毛胡子一把抓’，以期降低PM2.5的整體污染水平?！?span style="display:none">nG3流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
在重大研究計劃支持下，中國科學家不懈努力，取得了跨越式發展。
首先，研究方法學上取得顯著進展。真實環境中PM2.5組分識別、微生物分析、溯源、毒理模型構建、示蹤、流行病學以及效應導向的識別等新技術、新方法得到長足發展。江桂斌指出：“這些方法雖然開發難度大，但適用于真實環境PM2.5和生物基質，克服了許多傳統方法難以解決的技術難題?！?span style="display:none">nG3流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點LLSUM.COM
在重大研究計劃支持下，相關研究成果為全球大氣污染防治貢獻了“中國智慧”。中國科學家主導的一項多中心研究首次獲得了“PM2.5污染暴露的劑量效應曲線”，直接促成世界衛生組織（WHO）將《2021版全球空氣質量指南》中PM2.5日均基準值從25微克/立方米降到15微克/立方米。
與此同時，“全球空氣污染與健康合作研究網絡”隨之建立起來。這項由復旦大學公共衛生學院教授闞海東領銜的研究吸引了來自全球40個國家和地區的77個研究團隊加盟。對此，《新英格蘭醫學雜志》發表評論稱，“這是較為少見的由中國學者主導、多國研究人員合作、具有全球視野的研究”。
在公共健康效應方面，一系列研究成果讓科學家對于PM2.5對不同疾病影響的認識更加系統。
2020年，科研人員首次在普通人群血液和胸腔積液中發現外源性超細顆粒物，為顆粒物的全局健康影響提供了重要科學證據，相關研究成果在《自然-通訊》上發表。知名毒理學家、美國紐約羅切斯特大學教授岡特·奧伯多斯特評價，該研究成果回答了“一個科學界長期討論但懸而未決的問題”。
“10年前，大家主要關注PM2.5與上呼吸道疾病的關系。如今，我們已經系統梳理了PM2.5暴露與急性冠狀綜合征、冠心病、心房顫動、認知功能損傷、兒童睡眠障礙、早產、抑郁等不良結局的劑量效應曲線。”江桂斌介紹，“基于劑量效應曲線，我們提出了針對不同區域和人群的PM2.5管控推薦值，形成了健康導向的防控方案。”
當前，在重大研究計劃支持的研究中，通過效應導向分析策略揭示部分不良健康結局的毒性機制和關鍵毒性組分，并提出“毒性組分引導的PM污染精準防控”已成為國際大氣健康研究的共識。
跨學科交叉合作與攻關
在指導專家組看來，重大研究計劃取得諸多科學突破，離不開多個領域專家學者的交叉合作。
據了解，在重大研究計劃執行期間共發布7次指南，受理超過500項申請。這些申請覆蓋了化學、地學、公共衛生、醫學、大氣科學、毒理學、生命科學等領域的專家學者，形成了跨學科交叉合作與攻關的科研模式。
從資助學科分布看，地學、醫學、數理、信息和工材等領域的項目數超過了全部項目的1/3。
江桂斌指出，多學科交叉融合推動了“大氣細顆粒物毒理與健康效應”研究的深入發展，跨學科團隊的組建與合作促進了新思路、新技術的產生與應用，提高了研究效率和成果質量。
例如，科研人員借助自主研發的全球首套“高通量多功能成組毒理學系統”，開發出專門的靶點測試方法，從效應出發，在毒性機制指導下識別出觸發關鍵疾病表型的毒性組分。
這項研究離不開生物信息、分子作用以及效應導向等多學科方法的交叉。例如，針對PM2.5引發的焦慮抑郁等認知障礙，科研人員首先建立PM2.5實時暴露小鼠模型，進一步采取生物信息學手段揭示“多巴胺相關通路異常”可能是焦慮抑郁行為發生的重要生物過程。進一步研究表明，苯基化合物是PM2.5中引發抑郁的關鍵毒性組分。
最后，再結合化學指紋分析和大數據分析，科研人員對這些化合物的具體工業源排放進行了詳細解析，為未來實現健康導向下的精準源頭管控提供了依據。
此外，個體暴露監測與公共衛生人群隊列的學科交叉應用于PM2.5組分劑量效應曲線研究；基于地學和環境領域的“同位素大數據”與公共衛生領域的“健康大數據”交叉，能夠應用于綜合解析大氣細顆粒源的健康貢獻。
重大研究計劃在學術自由的前提下，充分強調要開展“有組織的科研”，并進行了諸多有益實踐。
例如，2021年，我國曾遭遇一次較大沙塵天氣。當年8月，重大研究計劃發布指南，設立重點支持項目，引導科研人員“針對最新出現的環境問題，探索極端天氣（如沙塵等）下細顆粒物毒性效應的演變”。
普及健康知識
在重大研究計劃支持下，項目科學家在科學普及方面開展了頗有成效的工作。
項目執行期間，他們多次組織專場或分會場學術交流活動，開展主題科普，不斷吸引更多青年人才加入研究隊伍。以全國環境化學大會為例，參加人數從2017年的5000余人增加到2023年的逾萬人。
面對面的交流還有各類科普講座：《新污染物環境與健康風險和治理對策》《推動高質量發展，實現人與自然和諧共生》《新污染物治理所面臨的問題》……科學家們走進了相關管理部門、地方政府、中小學等場所，用一場場動人的講座將PM2.5領域的知識帶給了決策者和老百姓。
2021年，江桂斌曾作了題為《環境污染與健康》的科普報告，線上聽眾超過242萬人次。這令江桂斌感到驚訝，同時，他更感受到作為科學家的責任。
江桂斌指出：“PM2.5引發的健康威脅，是全人類共同面臨的嚴峻挑戰，不分國界、種族和地域?！币虼耍尭嗬习傩樟私膺@一問題的前沿科學研究成果，成為參與該重大研究計劃科學家的共識。
此外，科普圖書《大氣細顆粒與人體健康》于2024年3月出版。該書以通俗易懂的語言介紹了PM2.5污染與人體健康的關系，包括“PM2.5也會使血管‘交通堵塞’”“大氣細顆粒物喜歡在哪兒‘作妖’”“怎么打跑‘煙霧怪獸’”等章節。
從中國的“質量達標”到世界的“健康導向”，在重大研究計劃支持下，中國科學家們行穩致遠，大力推動著中國和全球大氣治理的進程。
面向未來，指導專家組認為，PM2.5的研究仍需要進一步深化，不僅要推動暴露評估等技術升級，推動健康導向的毒性組分控制技術研究，更要繼續加強研究成果的政策轉化，讓科學研究真正服務于大氣污染防控和人類健康。
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