月尘生物毒性研究概述

姜雪，孙燕

（1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2012级9班，辽宁 沈阳 110034；2.基础医学院药理学教研室）

月尘生物毒性研究概述

姜雪1，孙燕2∗

（1.沈阳医学院基础医学院临床医学专业2012级9班，辽宁 沈阳 110034；2.基础医学院药理学教研室）

月尘广泛分布于月球表面，由于长期受到各种理化因素的作用，具有形态复杂多变、表面反应性高、成分复杂等特点。月尘容易黏附于航天器表面和进入宇航员体内，危害宇航员的安全和健康，对宇航员的呼吸系统、皮肤、眼睛都有一定程度的损伤危害。了解月尘生物毒性研究现状十分重要。

月尘；毒性机制；性质；危害；生物毒理

［Abstract］Lunar dust is widely distributed on the lunar surface.Due to long-term various physical and chemical factors，lunar dust have complex shapes，high surface reactivity and complex component.Lunar dust can adhere to spacecraft and be inhaled by astronauts easily，and then damage the spacecraft and threaten the health of astronauts，which can cause respiratory effects，skin effects and potential ocular effects.So it is important to understand the current research of lunar biology toxicity.

［Key words］lunar dust；mechanism of toxicity；property；harmfulness；biological toxicology

月尘是月球表面普遍存在的一种细小颗粒。月球表面土壤（月壤）颗粒的直径40～800 μm，平均为70 μm［1］。月尘是范围小于20 μm部分，在月壤中的比例大约为20%［2］。月尘是各种未来航天任务面临的诸多挑战中的最主要问题之一，由于长期处于月球的重力环境以及近乎真空的条件下，很容易被人类活动干扰而四散飞扬。月尘容易进入宇航员体内，对宇航员的呼吸系统、皮肤、眼睛都有一定程度的损伤危害。本文就月尘的毒性机制、生物毒性作用进行综述。

1　月尘毒性机制

月尘的生物毒性与月尘颗粒的粒径大小、颗粒形态、矿物与化学成分、电磁特性等密切相关，进一步认识月尘的危害需要结合月尘自身特性分析其生物毒理学的具体作用机制。

Taylor等［3-4］对19种阿波罗登月任务中所采回的月壤样本进行研究，结果发现，月尘中超过70%的成分是由辉石、斜长石和富含玻璃的颗粒组成。此外，月尘中还含有少量矿物橄榄石、钛铁矿和玻璃小体，纳米铁的存在被认为是月尘毒性的重要因素。

Wallace等［5］研究发现，纳米铁可嵌入月尘中玻璃物质的透明边缘，有可能与体内的组织和细胞直接接触。纳米铁是一种铁钛氧化物，由于铁和钛的同时存在，吸入后可能会产生不利影响。这种含铁物质可能会发生过氧化氢反应，最终产生活性自由基团，进而具有潜在毒性［6-7］。

由于月尘在月球表面长期受到各种理化因素的作用，其颗粒具有形态多样、表面反应性高、成分复杂等特点，且颗粒粒径小，并含有纳米铁等金属污染颗粒，因此，其可能表现出较普通微粒更加强烈或更加复杂的毒性作用。Hurowitz等［8］研究发现，新粉碎的月壤可诱发机体产生大量具有高度反应性的活性氧簇，可诱发机体产生大量炎症的发生以及对细胞代谢不利的活性氧。机械冲击和磨损也会使月尘颗粒富含悬空键及不饱和化学键，且在月球上缺水乏氧的环境下，可能持续更长的时间［5，9-10］。持续暴露于辐射及太阳风之下，会使月尘颗粒表面富含活性反应中心和供电子中心，此外，光敏化也可能发生，从而诱导活性氧的产生，如二氧化钛光活化能够释放出活性氧，并最终诱导氧化损伤［11-12］。当月尘颗粒进入体内时，高强度表面势能、不饱和化学键以及高反应性均可能诱导月尘颗粒与体液发生化学反应，当颗粒浸润在体液时，这种极高浓度表面电荷，不饱和效价和活性部位会发生反应［5，13］。

2　月尘生物毒性作用

2.1月尘对呼吸系统毒性作用 月尘对呼吸系统的影响来自于可吸入颗微粒，月尘中含有大量的可吸入颗粒（＜10 μm，约占10%），当月尘进入体内，不溶性微粒被巨噬细胞和黏液纤毛清除或淋巴系统清除，而可溶性微粒依然停留在肺间质中［14-16］。宇航员们的防护衣上面的尘土是可以被带回到他们生活和工作的场所中，一旦被吸入肺内，影响呼吸系统和心血管系统，并存在将呼吸道炎症转化为癌症的危险。研究表明在微重力环境下，可能会使尘土容易地扩散到整个肺部［17］。在月尘模拟物应用于人类肺癌A549细胞的研究中，检测到细胞的毒性、氧化应激和免疫反应［15］。

在一项月尘肺毒性研究中，研究人员利用阿波罗14号任务期间收集的月壤经过喷射型碾压机制成粒径适中的月尘颗粒，以研究月尘的肺毒性。结果发现小鼠支气管肺泡液的毒性生物标记呈浓度依赖性变化并可观察到剂量依赖性肺组织病理现象，包括炎症、纵膈变薄、纤维化和肉芽肿。4周的小鼠暴露实验显示未观察到有害作用的最高剂量（NOAEL）为6.8 mg/m3，这个结果对评估人类暴露于月尘的健康风险，确定人类暴露极限和引导月球登录者以及栖息者的尘土减降系统的设计都将是非常有用的［18］。

在研究估计人类对月尘的安全暴露水平的建模实验中用3组颗粒大小不等的月尘（包括2组打磨和1组未打磨）和2组标准的毒性粉尘（包括石英和TiO2）对小鼠进行灌注，6组小鼠每组按0、1、2.5、7.5 mg/m3的浓度剂量进行实验，在灌注1周和1个月后分别进行生化和细胞生物学标志物检测。通过比较敏感生物标记物的剂量-反应曲线，在月尘的3个实验组（包括2组打磨和1组未打磨）毒理学结果一致。实验估计宇航员的安全暴露水平分别为（1.3±0.4）mg/m3（喷磨式粉尘），（1.0±0.5）mg/m3（球磨式粉尘）和（0.9±0.3）mg/m3（未打磨的，自然粉尘）。最后得出0.5～1 mg/m3的月球尘埃是人类长期生活在月球表面的安全暴露估计水平［19］。

鉴于月尘的稀有性，有的研究［20］采用月尘模拟物（lunar soil simulant，LSS）。结果显示，随着小鼠暴露在月尘中的时间的延长，肺脏的急性炎症会转变为慢性炎症。

2.2月尘对眼睛毒性作用 不管月尘是通过空气途径进入眼睛还是通过手指及其他被沾染的物体进入眼睛，对眼睛都有磨损的危险。

在 “阿波罗登月”任务中，宇航员的宇航服表面附着了大量的月尘颗粒，结束任务后，这些颗粒随宇航服一起回到了太空舱。当太空舱离开月球表面恢复微重力操作回到地球时，太空舱中的月尘能刺激阿波罗宇航员的眼睛［21］。Meyers等［22］用新西兰白兔进行急性眼刺激研究，确定了月尘对眼睛的机械性损伤。将3只健康的白兔隔离检疫5 d，眼睛均完好无损；选用来自阿波罗14任务带回的月壤，研磨成半径为（2.9±1.0）μm的中等粒子，根据经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development，OECD）指导方针第405条，0.1 ml或者（70±2）mg月尘就会产生急性眼刺激。轻轻地拉开白兔眼睑形成一个杯口状，将月尘滴入每只白兔右眼的结膜囊，以未处理的左眼作对照。在实验后的1、24、48、72 h记录眼睛的反应等级，采用Draize［23］等级测定最大平均刺激值。应用荧光钠眼药水1～24 h后，立刻检查处理过的角膜。结果显示，3只白兔在1 h观察点平均刺激值为4.0，且只在1 h观察点可见刺激值由结膜轻微的红肿造成。在角膜荧光素染色实验中未观察到角膜的磨损，在随后的观察点（24、48、72 h）也未记录到白兔角膜、虹膜、结膜的损伤标志或症状。也就是说，月尘对白兔眼睛的机械性损伤局限在接触后1 h。

2.3月尘对皮肤毒性作用 月尘对身体 “突出部分”如手指、指关节、肘部、膝部等的表层皮肤会造成摩擦损伤［16］。导致皮肤磨损的一种原因可能是月尘进入宇航服内，它们被困在宇航员的皮肤和宇航服材料之间后，立即会接近皮肤。皮肤擦伤可能导致皮肤屏障功能破坏，增加感染的风险。Jones等［24］研究了月尘对新获得的猪皮皮肤的毒理作用。研究评价的月尘样本来自阿波罗3、11、16、17任务以及月尘模拟物（JSC-1A）。进行皮肤磨损研究时，将月尘和JSC-1A分别嵌入棉片内擦伤猪皮样本。为了检测磨损效果，施行经皮抗阻测定，当皮肤表面破损时，电阻从M-Ω范围下降到K-Ω范围。结果显示，在没有月尘时，几乎没有观察到经皮阻抗的下降；当加入少量的月尘模拟物（JSC-1A）到棉片上时，皮肤如预期一样很快就发生磨损。多次试验结果显示电阻的变化依赖于添加到棉片上的磨损材料的量。这些皮肤磨损研究的初步结果影响着舱外活动衣服材料的选择。

3　小结

月尘对宇航员除了会损伤宇航员的宇航服等生命支持系统，还会通过渗透和吸入损害宇航员的身体健康。我国还没有自己采集到真实月球样品。即使在美国，由于真实月球样品十分珍贵，通常都是用模拟月尘开展各类地面测试和试验验证。虽然美国和俄罗斯学者对月尘生物毒性研究已经开展了一些有益的探索，但由于实验条件的限制，限制了对月尘磨损性、生物毒理学具体机制的认识。而且无论是真实的月尘样本还是模拟月尘，均未保存在月球一样的环境下，没有再暴露于宇宙射线中，也没有处于真空中，并不能完全显示真正的月尘的特性。但无论如何，研究者们对现有的研究结果的分析总结将填补我们对月尘危害性认识的空白。利用模拟月尘等手段，从微观的角度研究月尘颗粒的成分和结构及其粘附和生物毒理学机理是月尘研究的重要发展趋势。

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Biological Toxicology of Lunar Dust

JIANG Xue1，SUN Yan2∗
（Class 9，Grade 2012，Shenyang Medical College，Shenyang 110034，China；2.Department of Pharmacology，Shenyang Medical College）

R285

A

1008-2344（2016）03-0214-03

10.16753/j.cnki.1008-2344.2016.03.028

2015-08-31

（文敏 编辑）

孙燕（1979—），女（汉），博士，讲师，研究方向：分子生物学，中药药理.E-mail：inksun@163.com