环境空气污染与皮肤健康

甄雅贤 刘玮

环境空气污染与皮肤健康

甄雅贤 刘玮

近年来,在多地频繁出现的灰霾/霾（haze）使人们更加关注环境空气污染对人体健康的危害。作为皮肤科医生，了解环境空气污染对皮肤健康可能造成的影响不仅对日常诊疗工作和指导患者正确应对这一新的环境现象有帮助，而且对今后进一步探索科学有效的防护措施至关重要。现概述环境空气污染方面的知识以及环境空气污染物对皮肤的影响。

一、环境空气污染

环境空气或大气污染（ambient air pollution）是当环境空气中的污染物达到对人体健康和（或）环境造成影响时的空气质量，城市内或靠近城市区域的环境空气污染又称为城市室外空气污染［1］。虽然环境空气中污染物的种类及浓度根据地区、污染物来源、季节以及日间时间的不同而有差异，但是目前认为对人体健康有危害的主要环境空气污染物包括PM10和PM2.5、臭氧、氮氧化物、硫氧化物以及碳氧化物［2-3］，上述污染物也是人们最关注、常用于评估空气质量的参考指标。

PM（particulate matter）：指悬浮在空气中的颗粒物。包括尘埃、尘土、煤烟/烟灰、烟雾以及液态微滴。城市室外空气污染中PM的主要来源之一是机动车排放的尾气以及碳氢化合物燃料的燃烧［2-3］。PM10是指环境空气中空气动力学当量直径>2.5且≤10 μm的颗粒物，也称为可吸入颗粒物［2-3］。建筑活跃地带、道路扬尘、风沙等机械过程是导致PM10形成的主要原因之一［2-3］。PM 2.5是指环境空气中空气动力学当量直径≤2.5 μm（相当于成人头发平均直径的1/30）的固态或液态（微滴状）颗粒物。这类颗粒物主要来源于煤炭、燃料油、天然气等碳氢化合物燃料的燃烧［2-3］。依据PM2.5的形成方式将其分为一次组分和二次组分［4］。一次组分包括直接以颗粒态形式排放出的组分，如，粉尘、扬尘、有机碳、黑炭等。二次组分包括硫酸盐、硝酸盐、胺盐以及有机化合物等［4］。二次组分通常是气态污染物，如，氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）以及氨等与环境空气中其他组分发生化学反应后形成［3-5］。由于形成PM2.5二次组分的污染源种类较多且复杂，因此PM2.5的组成成分也相对多样复杂。

臭氧：臭氧本身对自然界和人类的利弊取决于其所在的空间位置。位于大气平流层的臭氧层具有屏蔽短波紫外线（UVC）和部分中波紫外线（UVB）的作用，使人类免受由这部分紫外线对健康，尤其是对皮肤所造成的伤害。对流层/地表水平（troposphere or ground level）中的臭氧属二次污染物，是紫外线（UV）和一次污染物（如氮氧化物和挥发性有机化合物等）在环境空气中通过光化学反应产生，因此也是光化学烟雾（photochemical smog）的主要构成成分之一［2-3］。

氮氧化物：通常所说的氮氧化物是指一氧化氮和二氧化氮。其主要来源是机动车排放的尾气、发电站燃料燃烧以及室内燃烧等。氮氧化物不仅参与环境空气中PM2.5的形成，也是二次污染物臭氧和过氧酰基硝酸盐类（peroxyacetyl nitrates,PANs）的形成源之一［2-3］。

硫氧化物：代表物为二氧化硫。其主要来源是含有硫的燃料燃烧。如煤炭燃烧，发电站燃料燃烧以及机动车排放的尾气和工业排放等［2-3］。硫氧化物与环境空气中的其他成分发生反应后可形成PM2.5。

碳氧化物：如一氧化碳和二氧化碳。在城市室外环境空气中的主要来源为机动车排放的尾气［2-3］。

二、环境空气污染对皮肤健康的影响

根据世界卫生组织的数据，环境空气污染对人体健康的危害是明确的。在2012年，全球有370万人由于环境空气污染而提前死亡［1］。环境空气污染对人体器官和组织健康的影响包括，呼吸系统、心血管系统、免疫系统、神经系统以及内分泌系统等［1］。皮肤作为人体与外界环境直接接触的器官，无时无刻不在接受环境空气污染物的挑战和侵袭。

1.临床流行病学：在最近几年的严重环境空气污染期间，中国部分城市出现了湿疹、特应性皮炎以及某些过敏性皮肤病患者就诊率增加的现象（尚未发表资料），这一现象与目前国内外的相关报道基本一致。如上海复旦大学附属华山医院的一项临床研究报告显示，荨麻疹、湿疹、特应性皮炎以及部分感染性皮肤病患者急诊就诊率的增加与环境空气中臭氧浓度的增高有关［6］。韩国研究者也报道了特应性皮炎患者的临床症状受环境空气中PM2.5和PM10、甲苯以及总挥发性有机物浓度的影响。他们发现，当上述污染物在环境空气中的浓度偏高时，特应性皮炎患者更易出现临床症状［7］。德国的一项研究报道提示，居住在车流量大的区域儿童湿疹的患病率高于居住在车流量较少区域的同龄儿童，并认为这一现象与环境空气中源于汽车尾气的PM浓度增高有关［8］。另外，一项西班牙的研究显示，特应性皮炎的发病率和临床症状随环境空气中臭氧浓度的增加而增高和加重，但该研究组并未发现PM10与特应性皮炎的发病率以及临床症状的相关性［9］。上述无论是特应性皮炎还是湿疹，原发或继发的皮肤屏障功能不完善是它们的一个共同点。当皮肤屏障功能不完善时，该部位的皮肤较健康皮肤更容易受各种外界环境因素的影响。目前认为，皮肤的通透性增高/屏障功能不完善也是敏感性皮肤的特征之一［10-14］，因此敏感性皮肤作为易受环境空气中污染物影响的皮肤问题之一，应当引起高度重视。环境空气污染不仅与上述皮肤病以及皮肤问题相关，而且与外源性皮肤老化临床体征的形成有关。德国学者的一项流行病学研究结果提示，环境空气中源于汽车尾气的PM在外源性皮肤老化体征的形成过程中起重要作用。该研究发现，居住在车流量大、环境空气污染重区域的女性面部外源性皮肤老化体征重于居住在车流量小、环境空气质量较好区域的女性，其中以前额和面颊部色斑数量的差异更为显著［15］。

2.环境空气污染对皮肤健康影响的可能机制：PM：导致皮肤病变或损伤的机制，到目前为止还不十分明确。由于PM本身的成分复杂以及附着在其表面的有机物成分、微生物等组分的不同，PM对皮肤的影响及作用方式和机制也不尽相同。有些污染物可能会导致皮肤的刺激性反应、有些会作为变应原诱发变态反应性皮肤病变［4，16-17］、有些会通过诱发氧化应激反应等对皮肤细胞和组织造成损伤［3-4，18-20］。中国大城市环境空气中PM2.5的有机物含量相对较高,特别是北方的冬季［21］。多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）作为环境空气中的重要有机污染物可附着于PM2.5表面，其主要来源是机动车排放尾气中的烟雾、石油、煤炭等石化燃料以及木材、烟草等的不完全燃烧［4］。多环芳烃是芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR）的外源性配体，具有较强的亲脂性。当多环芳烃与表皮细胞内的芳香烃受体结合并将其激活后，可以诱发一系列的生物学损伤效应［3，22］。韩国最近的一项研究报告提示，芳香烃受体在特应性皮炎和银屑病的急性期皮损处的表达高于健康对照，同时他们还发现，健康人表皮角质形成细胞（NHEK）的芳香烃受体被激活后，可以使炎症细胞因子白细胞介素（IL）6和IL-8的产生增加［23］。日本研究者则明确了由氧化应激反应介导的健康人表皮角质形成细胞产生的IL-8是通过芳香烃受体的信号传导通路，当多环芳烃激活芳香烃受体后产生的活性氧簇（ROS）对IL-8的产生起重要作用［24］。另外，关于PM参与外源性皮肤老化体征［16］，特别是色斑形成的可能机制，一项德国研究者的报告显示，多环芳烃可诱导小鼠黑素细胞的增殖和皮肤色素沉着［25］。另有研究者认为，芳香烃受体可能参与通过诱导酪氨酸酶和酪氨酸酶相关蛋白2（TRP-2）基因的表达来调控表皮黑素的形成［26］。关于PM是否可以通过完整无损的角质层进入皮肤，尚待进一步的研究。PM也许可以通过毛囊口进入皮肤或堵塞毛囊口，当然这一假说需要进一步的科研来证实。

臭氧：是城市环境空气污染物中人体皮肤可以直接接触到的反应性最活跃的化学物质（强氧化剂）。人体皮肤有多种酶类和非酶类的抗氧化物以对抗外界因素导致的氧化性损伤，其中包括维生素E和维生素C。有研究表明，臭氧可以直接导致皮肤浅层（角质层和表皮浅层）氧化性损伤［27-30］。当将裸鼠置于10 ppm（高于环境空气中臭氧浓度）的臭氧环境中2 h后发现，不仅位于表皮上部的维生素E和维生素C被明显耗减，而且脂质过氧化产物丙二醛在表皮上部也显著增加（10倍），而表皮中下部以及真表皮交际处的丙二醛则轻度增加（2倍）。该研究者进一步发现，当将裸鼠反复多次暴露于低浓度臭氧环境时，角质层会出现累计性的氧化性损伤（维生素E耗减和丙二醛增加）［30］。由臭氧导致的皮肤浅层氧化性损伤可能通过以下方式对皮肤造成影响。首先，角质层细胞间脂质是角质层发挥其屏障功能的关键，当角质层细胞间脂质发生过氧化时，其屏障功能将受到影响［31-32］，进而可能会导致一系列的皮肤问题甚至诱发某些皮肤病的发生或使现有皮肤病加重。其次，皮肤浅层脂质过氧化物的产生可触发邻近部位皮肤的炎症性反应［33］。有体外研究结果显示，臭氧可以激活HaCaT细胞的核转录因子 κB（NF-κB）［27，34］。另外的一个体外研究报道，当将正常人表皮角质形成细胞暴露于接近环境空气污染中的臭氧浓度后，观察到细胞内H2O2增加、ATP水平下降、IL-1α的释放增加以及由氧化应激反应导致的DNA损伤［35］。

3.环境空气污染与UV：环境空气中的臭氧属二次污染物，是UV和一次污染物（如氮氧化物和挥发性有机物等）通过光化学反应产生［2-3］。值得注意的是，环境空气污染中的臭氧可以使UV导致的氧化性损伤加重，即所谓的相加性氧化应激（additive oxidative stress）［36］。在 UV 照射强度相对较弱，同时环境空气中的臭氧接近或达到霾天气，人体皮肤实际能够接触到的浓度时，这种相加性氧化应激反应对皮肤的影响更值得关注［36］。有研究者首先在裸鼠皮肤上验证了UV和臭氧分别可以各自单独导致皮肤角质层维生素E的耗减。随后，他们先将裸鼠置于低浓度臭氧（0.5 ppm）环境中2 h后再用低剂量UV（0.33 MED）照射裸鼠。结果发现，维生素E耗减程度高于0.5 ppm臭氧或0.33MED UV各自单独导致的皮肤角质层维生素E耗减程度［36］。另外，某些多环芳烃不仅可以对皮肤造成损伤，而且在UVA的作用下,作为外源性光敏感性物质，通过产生的活性氧簇，对皮肤进一步造成氧化性损伤和基因毒性，即所谓的协同性损伤（synergistic damage）［37］。有动物实验研究表明，用低剂量UVA和低剂量苯并（a）芘［benzo（a）pyrene］单独各自分别处理小鼠皮肤时，未能通过其对皮肤细胞的氧化性DNA损伤和基因毒性诱发皮肤肿瘤的发生，但当将小鼠皮肤长期反复用苯并（a）芘处理并用UVA照射（25周，每周3次）后，即可诱发皮肤肿瘤［37］。进一步提示，某些环境空气污染物与UV共同作用对皮肤的损伤大于UV单独导致的皮肤光损伤。

当环境空气污染严重，特别是PM浓度偏高，即所谓的霾天气，可到达地面的UV辐射强度会有所减弱，其中以UVB减少为主［38］。值得强调的是，严重环境空气污染天气也正是皮肤同时受环境空气污染物以及UV影响大的天气。因此，即使是UV照射强度有所减弱，皮肤在环境空气污染物和UV（特别是UVA）的双重作用下可出现的一系列的病理和生物学损伤［39］。

三、结论和展望

①环境空气污染物可以对人体皮肤健康造成影响；②当皮肤屏障功能不完善时，皮肤更容易受环境空气污染物的损伤；③环境空气污染物可能与外源性皮肤老化的体征形成有关；④环境空气污染物的种类多样复杂，其损伤皮肤的可能性机制也不尽明了，其中以芳香烃受体旁路信号途径以及氧化性损伤机制的报道相对较多；⑤部分环境空气污染物可加重UV对皮肤造成的光损伤；⑥为了防止和减少环境空气污染可能对人体皮肤造成的影响，在保护皮肤免受污染物损伤的同时，切忌忽略了广谱光防护。

研究环境空气污染对人体皮肤健康的影响已迫在眉睫：①在临床流行病学研究方面，有必要进一步了解上述皮肤问题和/或皮肤病与环境空气污染的相关性以及其他皮肤问题和/或皮肤病与环境空气污染的相关性；②在基础研究方面，有必要进一步明确环境空气污染物对皮肤损伤的机制以及由其导致的生物学、病理学和临床损伤；③为了保护皮肤免受或少受环境空气污染物的影响，同时对抗和修复由环境空气污染物可能对皮肤已经造成的损伤，更有必要探索和研发科学有效的防护措施。

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10.3760/cma.j.issn.0412-4030.2015.01.026

200000上海，欧莱雅中国研发和创新中心（甄雅贤）；北京空军总医院皮肤病医院（刘玮）

甄雅贤，Email：yzhen@rd.loreal.com

2014-10-09）

（本文编辑：吴晓初）