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目的:研究氢气对烟雾诱导的慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)大鼠肺功能和病理的影响,观察氢气干预后COPD大鼠肺组织炎症因子(TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23)、基质金属蛋白酶/金属蛋白酶组织抑制因子(MMP-12/TIMP-1)及凋亡蛋白(caspase-3、caspase-8)表达的变化,探讨氢气对COPD发展的延缓作用及其机制。方法:1雄性健康SD大鼠(160-200g)70只随机分为7组:对照组(Control group),COPD组(COPD group),低浓度氢气组(Low Hydrogen group,Hl group),中浓度氢气组(Middle Hydrogen group,Hm group),高浓度氢气组(High Hydrogen group,Hh group),极高浓度氢氧组(Very high Hydrogen and Oxygen groups,Hvh group),氧气组(Oxygen group,O2 group),采用烟雾暴露法建立COPD模型。观察大鼠日常生活状态、体重变化,测量肺功能、右心室肥大指数,检测肺泡灌洗液(bronchveolar lavage fluid,BALF)白细胞总数及其分类计数。分析光镜下肺组织病理变化。2利用免疫组化及Western blot技术检测肺组织TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8的蛋白表达。利用Real-Time PCR技术检测肺组织中TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8的m RNA表达。结果:1大鼠体重吸烟前各组大鼠体重无差异(P>0.05)。吸烟后,与Control组比,COPD组大鼠体重减少(P<0.05),各氢气组以及氧气组均无变化(P>0.05);与COPD组比,Hl及Hh组大鼠体重增加(P<0.05),Hm、Hvh以及O2组无变化(P>0.05),各氢气组及氧气组之间无差异(P>0.05)。2肺功能COPD组FEV0.2显著小于Control组(P<0.01);与COPD组比较,Hl、Hm、Hh及O2组显著增加(P<0.01),Hvh组无变化(P>0.05);Hvh组显著小于Hl、Hm、Hh及O2组(P<0.01)。COPD组FVC显著大于Control组(P<0.01);与COPD组比较,Hl、Hm、Hh及O2组显著减小(P<0.01),Hvh组无变化(P>0.05);Hl组显著小于Hh及Hvh组(P<0.01),Hm、Hh及O2组显著小于Hvh组(P<0.01)。COPD组FEV0.2/FVC显著小于Control组(P<0.01);与COPD组比,Hl、Hm、Hh及O2组显著增加(P<0.01),Hvh组无变化(P>0.05);Hvh组显著小于Hl、Hm、Hh及O2组(P<0.01)。3 BALF计数及分类COPD组BALF白细胞总数、中性粒细胞及巨噬细胞数比Control组显著增多(P<0.01),淋巴细胞数略减少(P>0.05)。与COPD组比,Hm、Hh、Hvh及O2组白细胞总数、中性粒细胞及巨噬细胞数显著减少(P<0.01),Hl组白细胞总数和中性粒细胞数显著减少(P<0.01),巨噬细胞减少(P<0.05);Hm、Hh及Hvh组之间无差异(P>0.05),但均较Hl、O2组显著减少(P<0.01)。与COPD组比,各氢气组及氧气组淋巴细胞略增多(P>0.05),各组间无差异(P>0.05)。4右心室肥厚指数(RVHI)COPD组大鼠RVHI显著大于Control组(P<0.01)。与COPD组RVHI比较,各氢气组以及氧气组均显著减小(P<0.01);Hm、Hh及Hvh组低于Hl组(P<0.01),Hvh组低于O2组(P<0.05)。5大鼠肺组织病理学变化COPD组大鼠肺脏,与Control组比较,体积增大,大体观外表色泽发白、不光滑、凹凸不平、弹性不好。镜下观察肺泡管、肺泡囊及肺泡显著扩大,肺泡结构紊乱,肺泡壁变薄、断裂,部分融合成肺大疱,纤毛细胞变性坏死,肺小动脉管壁增厚、管腔狭窄,周围出现不同程度的中性粒细胞、淋巴细胞和单核巨噬细胞浸润。Hvh组大鼠肺脏外观,较COPD组肺脏体积略有缩小。肺动脉管壁增厚,出现炎性细胞浸润。肺泡壁较薄,出现不同程度的断裂,肺泡腔较大,有融合,较COPD组稍有改善。Hl、Hm、Hh及O2组大鼠肺脏外观,较COPD组肺脏体积略有缩小,外观情况也有改善。肺动脉管壁轻度增厚,肺泡壁较薄,断裂情况改善,仍有肺大疱,但较COPD组局限。出现炎性细胞浸润,较COPD组减少。与Control组比较,COPD组MLI和BWT/D显著升高(P<0.01),MAN显著降低(P<0.01)。与COPD组比较,Hm和Hh组MLI显著升高(P<0.01),两组无差异(P>0.05)。与COPD组比较,各氢气组MAN显著降低(P<0.01);Hh组低于Hm、Hvh组(P<0.01),Hm、Hvh组无差异(P>0.05)。与COPD组比较,Hm、Hh组BWT/D显著降低(P<0.01),Hvh、O2组降低(P<0.05);各氢气组及氧气组间无差异(P>0.05)。6采用免疫组化比较TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8蛋白的表达可见TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8均在大小支气管、肺泡周围浸润的炎性细胞胞浆内表达。与Control组比较,COPD组表达升高;与COPD组比较,各氢气组TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、caspase-3、caspase-8表达降低,O2组无显著差异;Hm、Hh、Hvh三组之间无显著差异,但均低于Hl组。与COPD组比较,各氢气组TIMP-1蛋白表达升高,O2组无显著差异;Hm、Hh、Hvh三组之间无显著差异,但均高于Hl组。7采用Western blot比较TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8的蛋白表达与Control组比较,COPD组肺组织中TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8蛋白表达升高;与COPD组比较,各氢气组TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、caspase-3、caspase-8表达降低,O2组无显著差异;Hm、Hh、Hvh三组之间无显著差异,但均低于Hl组。与COPD组比较,各氢气组TIMP-1蛋白表达升高,O2组无显著差异;Hm、Hh、Hvh三组之间无显著差异,但均高于Hl组。8采用Real-Time-PCR比较TNF-α、IL-6、L-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8 m RNA的表达COPD组TNF-α、IL-6、IL-17、IL-23、MMP-12、TIMP-1、caspase-3、caspase-8的表达较Control组显著升高(P<0.01)。与COPD组比,各氢气组TNF-α表达显著降低(P<0.01),O2组表达降低(P<0.05);Hm、Hh、Hvh组之间无差异(P>0.05),较Hl、O2组显著降低(P<0.01)。与COPD组比,Hm、Hh、Hvh组IL-6表达显著降低(P<0.01),Hl、O2组表达降低(P<0.05);Hvh组表达低于Hm、Hh组(P<0.05),Hm、Hh组之间无差异(P>0.05)。与COPD组比,各氢气组及氧气组IL-17表达显著降低(P<0.01);Hm、Hh、Hvh组之间无差异(P>0.05),较O2组显著降低(P<0.01);Hm、Hvh组较Hl组显著降低(P<0.01),Hh组较Hl组降低(P<0.05)。与COPD组比,各氢气组及氧气组IL-23表达显著降低(P<0.01);Hm、Hh、Hvh组之间无差异(P>0.05),较Hl组降低(P<0.05);Hvh组较O2组降低(P<0.05)。与COPD组比,O2组MMP-12表达略降低(P>0.05),各氢气组显著降低(P<0.01),较Hl、Hm、Hh三组Hvh组降低最显著(P<0.01);Hl、Hm、Hh组之间无差异(P>0.05)。与COPD组相比,O2组TIMP-1表达略升高(P>0.05),Hm、Hh、Hvh组表达显著升高(P<0.01),Hl组表达升高(P<0.05);Hm、Hh、Hvh组之间无差异(P>0.05)。与COPD比,O2组caspase-3、caspase-8表达略降低(P>0.05),各氢气组表达显著降低(P<0.01);各氢气组之间无差异(P>0.05)。结论:1大鼠香烟烟雾暴露4个月建立COPD动物模型成功。吸入氢气减少大鼠BALF炎性细胞,减轻肺病理损伤,改善肺功能、右心室肥厚指数,不同浓度的氢气效果不同,中、高、极高浓度优于低浓度氢气。2氢气通过抗炎、改善蛋白酶/抗蛋白酶失衡、抗凋亡等机制对COPD的发展有延缓作用。