주변(ambient) 초미세입자(ultrafine particulate matter, UPM)에의 노출은 호흡기 질환을 유발하지만, 기저 분자 기전은 아직 명확하지 않다. 본 연구에서는 스파크 방전(spark-discharge) 방법을 이용하여 물리화학적 특성을 통제한 모사 초미세입자(simulated UPM, sUPM)를 합성하였다. 이어서 BEAS-2B 사람 기관지 상피세포(HBECs)와 마우스 기도내(intratracheal) 점적 주입 모델을 사용하여 sUPM의 생물학적 영향을 조사하였다. 고처리량 RNA-sequencing 및 생물정보학 분석 결과, 해당 대사 경로인 해당과정(glycolytic metabolism)의 조절 이상이 sUPM 처리에 의해 HBECs의 증식과 생존이 억제되는 과정에 관여하는 것으로 나타났다. 또한 신호전달 경로 및 효소 분석에서는 sUPM으로 BEAS-2B 세포를 처리하면 세포외 신호조절키나아제(extracellular signal-regulated kinase, ERK)와 단백질 키나아제 B(protein kinase B, PKB; AKT로도 알려짐)의 불활성화가 유도되며, 이로 인해 산화 스트레스와 무관하게 HBECs에서 포스포프럭토키나아제 2(phosphofructokinase 2, PFK2) S483 인산화, PFK 효소 활성, 그리고 호기성 해당과정(aerobic glycolysis)이 하향 조절됨을 확인하였다. 아울러 마우스에서 sUPM의 기도내 점적 주입은 ERK, AKT 및 PFK2의 인산화를 감소시키고 기관지 상피세포의 증식을 저하시켰으며, 세포자멸(apoptosis)을 증가시켰다. 본 연구의 결과는 UPM이 폐 상피세포에서 호기성 해당과정을 교란함으로써 폐독성을 유발한다는 점을 시사하며, 이는 UPM 독성 기전과 독성 영향을 예방하기 위한 전략에 대한 새로운 통찰을 제공할 수 있다.

대기오염의 건강 영향에 대한 대중의 우려가 증가하고 있음에도 불구하고, 초미세입자의 생체동태(biokinetics)에 대해서는 알려진 바가 많지 않다. 본 연구에서는 마우스에서 주변(ambient) 초미세 미립자 물질의 장기 분포와 기관 외(extrapulmonary) 전이(translocation)를 뒷받침하는 생체동태 및 연관 기전(mechanisms)을 조사하였다. 본 연구에 사용한 시험 물질은 스파크 방전(spark discharge) 그을음 생성기(soot generator)로 생성한 흑색탄소(black carbon, BC)와 두 가지 기준물질(reference materials)(SRM 2975 및 카본 블랙)이다. 시험 입자는 마우스의 폐에 25 μg/mouse 용량으로 기관내(intratracheally) 점적하였고, 장기 부담은 점적 후 최대 3개월까지 평가하였다. 그 결과, 노출 1-3개월 후 폐와 연관된 림프절(LALN)과 비장(spleen)에서 BC가 유의하게 축적되었으며, 다른 장기에서는 검출되지 않았다. 기준물질들은 유사한 분포 양상을 보였는데, 이는 폐포에 침착된 초미세 탄소 입자에 대해 공통적인 기관 외 전이 경로가 존재함을 시사한다. 이러한 경로는 폐포에 침착된 입자에 한정되는데, 림프성 및 전신 순환계에 직접 주입하였을 때는 간(liver), 폐(lung), 비장, 및 LALN 등에서 전형적인 장기 축적이 관찰되었기 때문이다. 본 연구 결과는 시험 입자가 LALN과 비장으로 독특하게 기관 외 전이되는 현상이, 폐에서 빠져나가는 입자들 중 가장 작은 입자들이 간(hepatic) 감시를 회피하되 비장의 개방 순환계(open circulation)에 물리적으로 포획되기 때문일 수 있음을 시사한다.