畜禽舍环境空气质量是影响畜禽健康和生产的一个重要因素。由于规模化畜禽舍内饲养密度过高，通风不良，导致舍内空气质量问题日益突出。特别是舍内空气细颗粒物（fine particulate matter, PM2.5），由于其粒径小，比表面积大，可吸附更多有毒有害物质，并可进入到肺泡，是诱发畜禽呼吸道疾病的重要因素，严重危害畜禽健康生产。
家畜环境控制与智能化养殖团队从畜禽舍空气PM2.5的污染特征和致炎毒性成分分析入手，系统解析了畜禽舍内颗粒物和有害气体的分布排放规律，并探究畜禽舍内空气PM2.5诱导肺部炎症损伤的分子机制，为预防缓解PM2.5污染引起的畜禽呼吸道健康问题提供科研依据，为畜禽舍空气环境控制提供参考数据。
1. 畜禽舍内空气PM2.5的分布规律以及特征分析
团队研究发现，畜禽舍内空气PM2.5浓度显著高于舍外，舍内PM2.5样品呈现多种微观形态（图1），包括圆形，矩形，链状和其他不规则形状，并且含有丰富的化学组成，主要为C，Si，O，P，N，Zn，Mg，Na，Fe，Ca和K以及较高的内毒素含量。不同季节畜禽舍内空气PM2.5中细菌和真菌的菌群组成具有明显的季节性变化（图2），细菌组成方面，夏季和秋季相似，但区别于秋季和冬季；真菌组成方面，四季区别明显，并于PM2.5样品中鉴定出了多种潜在的病原细菌属和过敏原真菌属。以上结果均提示畜禽舍PM2.5的污染状况严重，对畜禽呼吸道健康和生产具有潜在危害。
图1猪舍空气PM2.5的超微结构观察
图2 PCoA分析猪舍空气PM2.5样品细菌和真菌的组成
以上系列工作发表在：（1）环境科学类TOP期刊《Science of the Total Environment》，论文题目“Seasonal variations of microbial assemblage in fine particulate matter from a nursery pig house”，博士生唐倩为第一作者；（2）环境科学类TOP期刊《Environmental Pollution》，论文题目为“PM2.5 from a broiler breeding production system: The characteristics and microbial community analysis”博士生戴鹏远为第一作者；（3）环境科学类TOP期刊《EnvironmentalPollution》上，论文题目为“Distribution and physicochemical properties of particulate matter in swine confinement barns”，博士生沈丹和硕士生吴胜为并列第一作者；以上论文第一单位均为全讯800cc大白菜官网，李春梅教授为通讯作者。
2. 畜禽舍PM2.5诱导肺泡炎症反应的机制研究
肺泡巨噬细胞作为气道和肺组织抵御外源物质的第一道防线，对维持肺部健康稳态具有重要作用。研究发现PM2.5可通过激活TLR4/MyD88信号通路和NLRP3炎症小体诱导3D4/21细胞炎症反应，且其下游的MAPK和NF-κB参与了NLRP3炎症小体的激活，在此过程中ROS和PM2.5中的内毒素在PM2.5诱导的炎症反应中发挥了重要的作用（具体机制见图3）。该工作发表在环境科学类TOP期刊《Chemosphere》，论文题目为“Fine particulate matter from pig house induced immune response by activating TLR4/MAPK/NF-kB pathway and NLRP3 inflammasome in alveolar macrophages”，博士生唐倩为第一作者，李春梅教授为通讯作者。
图3 猪舍空气PM2.5诱导猪肺泡巨噬细胞炎症反应的机制
肺泡上皮II型细胞是肺泡表面单层上皮构成的主要细胞之一，能分泌肺泡表面活性物质，降低肺泡表面张力，具有分裂、增殖并可分化为肺泡上皮I型细胞的潜能，在受损肺泡上皮修复中具有重要作用。团队研究发现肉鸡舍PM2.5可引起与炎症、氧化应激、内质网应激以及自噬相关基因表达水平的上升，并进一步验证发现，PM2.5通过介导TLR4-NF-κB p65信号通路诱导炎症反应，且在此过程中，自噬可通过促进NF-κB p65以及降低Nrf2的表达，促进炎症的发生（具体机制见图4）。该工作发表在环境科学类TOP期刊《Chemosphere》，论文题目为“The roles of Nrf2 and autophagy in modulating inflammation mediated by TLR4-NFkB in A549 cell exposed to layer house particulate matter 2.5 (PM2.5)”，博士生戴鹏远为第一作者，李春梅教授为通讯作者。
图4 肉鸡舍内空气PM2.5诱导肺泡上皮II型细胞炎症反应的机制
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