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目的:香烟烟雾是室内空气环境污染的重要原因之一,也是室内细颗粒物的主要来源,严重威胁着人类健康。目前,对香烟烟雾的毒理学评价,主要利用国际烟草科学研究合作中心(CORESTA)推荐的三种体外法,即细菌诱变分析(Ames试验)、细胞遗传学分析(微核分析)和细胞毒性分析(中性红试验)。这些方法只能初步评价烟气部分化学成分的相对毒性,无法反映其整体化学成分的生物学效应。近年来,国外特别提出了利用“专一性病变试验”,即慢性阻塞性肺疾病(COPD)动物模型进行体内毒理学评价的建议,但相关研究尚未见报道。临床医学表明,COPD主要和肺组织对有害气体或颗粒物的炎症反应增强密切相关,同时还是一种累积肺外组织的全身性疾病。目前COPD是全球第四大致死疾病,其造成的疾病经济负担位于全球第五。本实验室前期研究发现,香烟烟雾暴露诱导的COPD大鼠呈现出了局部(气道和肺组织)和系统性的氧化/抗氧化失衡、蛋白酶/抗蛋白酶失衡以及一定的肺外脏器损伤(肝和脾)效应,但COPD大鼠的炎症响应(肺部和系统性的)还不清楚。基于此,我们利用三个基因型烟草制成的单料烟为材料,通过亚慢性(56天)全烟气暴露染毒,构建出SD大鼠的COPD模型,探讨了COPD大鼠肺部的病理损伤和炎症反应及其可能的机制,以及系统性的炎症反应,评估了不同香烟烟雾的体内生物学效应,旨在为复杂环境空气污染物的毒性机制与健康危害研究提供理论依据。方法:72只雄性清洁级SD大鼠随机分为对照组(CK组)、CS-1组、CS-2组和CS-3组,分别采用三个基因型烟草卷制成的单料烟对大鼠进行56天全烟气暴露染毒,构建出COPD模型。于14、28和56天,取肺组织进行H.E.、Masson及PAS染色,观察其病理学特征并进行评分;ELISA法检测肺泡灌洗液(BALF)和血清中TNF-α、IL-8、IL-6、IFN-γ和IL-4以及肺组织中NF-κB p65和Nrf2的含量变化,IHC法检测肺组织中NF-κB p65的蛋白表达水平。结果:1.香烟烟雾染毒56天后,各处理组大鼠均呈现出典型的COPD病理特征:小气道和肺血管周围大量的炎症细胞聚集、浸润;粘膜上皮细胞剥落糜烂,粘液增生堵塞气道;支气管管壁纤维异常增生,管腔狭窄;肺泡结构破坏。病理评分结果显示,与对照组相比,三个实验组大鼠均呈现出显著的病理变化(P<0.05),严重程度由重到轻依次为CS-2>CS-1>CS-3,且在56天染毒终点,CS-1和CS-3组与CS-2相比,差异显著(P<0.05)。2.随着染毒时间的延长,实验组大鼠BALF(或肺组织)中TNF-α、IL-8、IL-6、IFN-γ、NF-κB p65和Nrf2的含量以及IFN-γ/IL-4的比值均高于对照组,IL-4的浓度则低于对照组。其中,在56天染毒终点,与CS-2组相比,CS-1和CS-3组的TNF-α、IL-8、IL-6、IL-4、NF-κB p65和Nrf2的水平差异均显著(P<0.05),IFN-γ/IL-4的比值则差别不大(P>0.05),上述指标的变化程度均为CS-2>CS-1>CS-3。结果表明,不同基因型烟草燃烧释放的烟雾可活化肺组织NF-κB p65蛋白,不同程度地上调炎症因子表达。3.随着染毒时间的延长,实验组大鼠血清中CRP、TNF-α、IL-8、IL-6和IFN-γ的浓度水平以及IFN-γ/IL-4的比值均高于对照组,IL-4的含量则低于对照组。其中,在56天染毒终点,与CS-2组相比,CS-1和CS-3组的CRP、TNF-α和IL-8的水平差异显著(P<0.05),IFN-γ/IL-4的比值则差别不大(P>0.05),除CRP为CS-2>CS-3>CS-1外,其他指标的变化程度均为CS-2>CS-1>CS-3。结果表明不同基因型的烟草燃烧释放的烟雾诱导产生了不同程度的系统性炎症反应。结论:通过全烟气暴露建立的SD大鼠COPD模型,呈现出典型的气道炎症和肺气肿的病理特征,以及局部(肺组织)和系统性(血清)的炎症反应。在三个实验组大鼠的病理学评分和炎症相关因子的浓度之间存在明显的差异,这可能与烟草的基因型和化学成分不同有关。这与本实验室前期研究中三种基因型烟草的氧化/抗氧化失衡以及蛋白酶/抗蛋白酶失衡的差异(CS-2>CS-1>CS-3)基本一致。结果提示以肺组织病理损伤评分以及BALF和(或)血清中的CRP、TNF-α、IL-8和IL-6为主要检测对象,COPD大鼠模型能够反映不同样品间的生物学效应差异;同时COPD大鼠的异常炎症效应差异可能与NF-κB p65的表达有关。