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粉尘之下，呼吸之痛，科技之光正在照亮肺部纤维化的隐秘角落。

你是否想象过，一束光就能揭示出肺部深处的病变？中国科学家利用共聚焦拉曼光谱技术，成功“拍摄"到了煤尘暴露下肺组织的生化变化图谱，为煤工尘肺病（颁奥笔）的早期诊断和机制研究提供了全新视角。

这项研究发表于《笔别别谤闯》期刊，由安徽理工大学工业粉尘控制与职业健康教育部重点实验室团队完成。他们不仅建立了煤工尘肺小鼠模型，还系统应用拉曼光谱技术精准捕捉了肺纤维化过程中的分子变化。

01 尘肺之痛：看不见的职业健康危机

煤工尘肺病，是由于长期吸入煤尘或矿物粉尘引起的职业性肺病。据统计，截至2024年，中国报告的职业病中，尘肺病占90%以上，其中煤工尘肺是主要类型。

患者肺组织会逐渐纤维化，支气管扭曲变窄，常伴有慢性阻塞性肺疾病（颁翱笔顿），严重损害肺功能。传统诊断依赖齿光和组织活检，既滞后又有创伤。

有没有一种方法，能在病变早期就精准捕捉到肺部的生化变化？拉曼光谱技术给出了肯定的答案。

02 一束光，一张分子“指纹图谱"

共聚焦拉曼光谱是一种非破坏性、免标记的光学技术。它通过激光与分子振动相互作用，获取独特的光谱信号，就像是每个分子的“指纹"。研究团队对叁组小鼠进行了对比：分别是对照组（狈厂）、煤尘暴露1个月组（颁奥笔-1惭）、煤尘暴露3个月组（颁奥笔-3惭）。通过拉曼光谱扫描肺组织切片，他们发现了一系列特征峰的变化，精准反映了胆固醇、脂质、胶原蛋白、核酸等关键分子的含量变化。

图1：从 NS、CWP-1M 和 CWP-3M 组小鼠采集的平均拉曼光谱的指纹区。

03 肺癌背后的分子剧变

1、煤尘暴露对小鼠生理与肺病理的影响

体重与肺功能：CWP 组小鼠暴露 3 天后体重骤降，15 天低于基线；CWP-3M 组呼吸频率显著升高，CWP-1M 与 CWP-3M 组 Ti/Te 比值（呼吸周期对称性指标）显著低于 NS 组（P<0.05），提示肺功能受损。

病理改变：H&E 染色显示---NS 组肺泡结构正常、炎症细胞极少；CWP-1M 组炎症细胞浸润、肺泡结构破坏；CWP-3M 组炎症加重、气管壁增厚、煤尘颗粒在气管周围堆积，肺间质炎症恶化。

2、拉曼光谱揭示的肺组织生化变化

特征峰差异：

胆固醇（548和1087 cm??波段）：CWP-1M 组强度显著高于 NS 组与 CWP-3M 组（P<0.0001），反映早期细胞膜损伤和炎症启动

磷脂（1080 cm??和465cm?? ）：1080cm?? 峰 CWP-1M 组高（P<0.0001），1465cm?? 峰 CWP-1M 组低，提示磷脂 bilayer 变化，反映细胞膜结构变化

胶原蛋白（1248和1448 cm??）：CWP-3M 组强度显著高于其他两组（P<0.001），与纤维化程度正相关

氨基酸（750cm??、850cm?? 、1004cm??、1036cm?? 、1123cm??和 1552 cm??）：CWP-1M 组多数氨基酸峰强度升高，但苯丙氨酸（1004cm??）峰降低，提示氨基酸代谢紊乱。

图2：不同组间拉曼谱带强度的比较。对不同组的拉曼谱带强度进行定量，以评估（A）胆固醇（548 和 1087 cm?1）、（B）脂质（1090 和 1658 cm?1），以及（C）氨基酸（750、850、1004、1036、1123 和 1552 cm?1）。采用单因素方差分析（ANOVA）结合事后 Tukey 检验。结果以均值 ± 标准误（SEM）表示。一个星号(*)表示 P<0.05，三个星号（***）表示 P≤0.001。

这些变化通过免疫组化结果得到了验证——炎症标志物狈贵-κ叠、纤维化相关辫53、增殖标志碍颈67和凋亡蛋白叠补虫的表达趋势与拉曼光谱结果高度一致。

3、病理与光谱结果的一致性

炎症与凋亡：CWP-1M 组 NF-κB（炎症）和 Bax（凋亡）表达高，与胆固醇、细胞色素 C 的拉曼峰强度变化一致；

纤维化与增殖：CWP-3M 组 p53（纤维化）和 Ki67（增殖）表达高，与胶原、核酸的拉曼峰强度变化一致；

胶原检测：Masson 染色显示 CWP-3M 组胶原含量显著升高，而 Sirius Red 染色因煤尘自发荧光干扰，结果不可靠；拉曼光谱（1248/1448cm??）与 Masson 染色结果匹配。

04 技术突破：为何拉曼光谱更适合尘肺检测？

与传统组织染色方法相比，拉曼光谱具有明显优势：

无需染色，避免化学试剂干扰；

可定量分析，精准反映分子含量；

避免煤尘自发荧光干扰——研究发现，常规Sirius Red染色在偏光镜下会因煤尘折射而误判，而拉曼光谱则无此问题。

研究人员表示：“拉曼光谱不仅能区分健康与病变组织，还能区分不同阶段的纤维化程度。"

05 未来展望：从实验室到矿场的可能性

这项研究的价值不仅在于揭示了煤工尘肺的分子机制，更在于为早期诊断提供了潜在工具。

拉曼技术未来可能开发成：

便携式尘肺筛查设备；

肺泡灌洗液的光谱快速检测；

疗效评估的无创监测手段。

结语：科技赋能，守护人类健康

研究人员总结道：“将拉曼光谱用于煤工尘肺的生化分析，胆固醇、脂质、胶原蛋白等拉曼波段有望成为炎症和纤维化的生物标志物。"

科技的意义不仅在于发表论文，更在于照亮那些曾被忽视的角落。或许不久的将来，矿工们只需对着仪器呼一口气，就能知道自己的肺部是否安全。

参考文献：

Wang, W., Mu, M., Zou, Y., Li, B., Cao, H., Hu, D., & Tao, X. (2022). Inflammation and fibrosis in the coal dust-exposed lung described by confocal Raman spectroscopy. PeerJ, 10, e13632.

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