香烟烟雾是典型的室内环境空气复杂污染物,已成为诱发多种疾病的重要因素。目前,对环境烟雾暴露的毒理学评价通常采用国际烟草科学研究合作中心(CORESTA)提供的三种体外测试方法,即细菌诱变分析(Ames试验)、细胞遗传学分析(微核试验)和细胞毒性分析(中性红试验),但这些方法只能初步评价烟雾部分化学成分的相对毒性,不能反映出烟雾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COPD动物模型评价环境烟雾毒性的指导性建议,但相关研究国内外尚未见报道。临床医学表明,COPD与气道和肺组织对有害气体或颗粒物(特别是香烟烟雾)的异常炎症反应密切相关,还是一种累及肺外各种器官的全身性疾病,存在多种合并症(也称肺外效应),增加了患者的住院风险和病死率。本实验室的前期研究也发现,香烟烟雾暴露构建的COPD大鼠,呈现出了局部(肺和气道组织)和系统性的氧化应激和炎症反应,但COPD大鼠肺外组织的病理损伤还不清楚。基于此,本研究以3个基因型烟草染毒56d构建的COPD大鼠为材料,肺外主要组织(心、肝、脾、肾)的病理损伤及其NF-κB p65蛋白表达为切入点,结合CHO中性红细胞毒性的体外评价方法,研究了COPD大鼠模型的肺外效应,旨在为阐明环境空气复杂污染物的生物学效应与健康危害提供理论依据。实验结果如下:(1)以3个基因型烟草品种N-1、N-2和N-3为材料,制备其烟雾提取物(CSE),利用CHO进行中性红细胞毒性分析。结果表明,与N-1相比,N-2和N-3诱导的CHO细胞存活率较高,并且半数有效浓度(EC50)显著增高(P<0.05),其细胞毒性大小依次为N-1>N-3>N-2。(2)将SD大鼠随机分为健康组和3个烟雾暴露组,连续烟熏8周构建COPD模型。于暴露56d后,取心、肝、脾、肾组织,多聚甲醛固定制备石蜡切片,分别采用常规染色法(H.E.)与特殊染色法(Masson、PAS),观察各组织的病理变化并进行评分。结果显示,烟雾暴露组COPD大鼠的心肌细胞部分肿胀、少许断裂,胞浆分布不均,出现空泡样变性,间质充血、纤维增生,细胞间质有炎症细胞浸润;病理评分提示,N-1组的受损程度较N-2和N-3组严重,损伤程度依次为N-1>N-3>N-2。COPD大鼠的肝索结构紊乱,甚至出现断裂,肝血窦扩张,细胞灶性坏死,汇管区出现纤维增生现象,中央静脉扩张并且周围出现大量炎症细胞浸润;与N-1暴露组相比,N-2、N-3组的肝组织病理评分显著降低(P<0.05),损伤程度依次为N-1>N-3>N-2。COPD大鼠肾小体轻度纤维化,基底膜增厚,系膜细胞轻度增生,偶见肾小囊、肾小管萎缩,管腔变窄,间质有炎症细胞浸润,部分肾小管代偿性扩张;与N-1、N-3组相比,N-2组肾组织病理评分显著性降低(P<0.05),N-3组的病理评分也有降低,但与N-1相比差异不显著,损伤程度依次为N-1>N-3>N-2。此外,COPD大鼠脾组织出现了皮髓交界模糊,白髓、红髓分布松散,中央动脉管壁增厚,管腔狭窄,脾索、脾窦分布混乱,淋巴细胞分散的现象。(3)采用免疫组织化学方法检测大鼠肝、脾中NF-κB p65蛋白表达水平,结果表明,烟雾暴露56d导致的COPD大鼠肝、脾组织中NF-κB p65蛋白的表达均升高。其中N-1组的表达显著性高于N-2和N-3组(P<0.05);并且N-2、N-3组所致的COPD大鼠肝组织中NF-κB p65蛋白的表达量无显著性差异(P>0.05);而在脾组织中,N-2组所致的NF-κB p65蛋白表达量较N-3组显著性降低(P<0.05);不同烟样引起的NF-κB p65蛋白的表达量大小总体呈现N-1>N-3>N-2的趋势。综上所述,不同基因型烟草对SD大鼠进行56d染毒构建出的COPD模型,其肺外组织病理损伤及NF-κB p65蛋白的表达存在一定的差异,与对CHO的体外细胞毒性基本一致,各实验组大鼠的毒理学效应差异可能与不同基因型烟草的化学成分不同有关。