人工寒潮、热浪与PM2.5对COPD大鼠呼吸系统的影响机制及干预研究

摘要

目的： 探究人工寒潮、热浪与大气细颗粒物（PM2.5）对慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）大鼠呼吸系统的影响及机制，并探讨相应的干预方法。 方法： 选择0℃和40℃作为人工寒潮和人工热浪的最低温度和最高温度，分别模拟8h温度骤降20℃的寒潮过程和日最高温度35℃以上、持续3天的热浪过程。 1.颗粒物采样：内毒素定量试剂盒、热/光碳分析系统和气象色谱质谱法分别对采集的PM2.5样品中内毒素、有机碳（Organic Carbon，OC）/元素碳（Elemental Carbon，EC）和多环芳烃等成分进行分析。 2.人工寒潮实验：选择健康成年雄性Wistar大鼠进行COPD大鼠造模，然后对COPD大鼠进行人工寒潮暴露和不同剂量PM2.5（0、3.2、12.8 mg/ml）染毒，同时腹腔注射缬沙坦干预，末次染毒后测定各组大鼠肺功能，取肺组织制作病理切片，酶联免疫吸附法（Enzyme Linked Immunosorbent Assay，ELISA）检测肺组织肿瘤坏死因子α（Tumor Necrosis Factor-α，TNF-α）、单核细胞趋化蛋白（Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）和血管紧张素2（Angiotensin2，Ang-Ⅱ）的浓度，TBA法、WST-1和比色法测定肺组织丙二醛（Malondialdehyde，MDA）、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活力和诱导型一氧化氮合酶（InducibleNitric Oxide Synthase，iNOS）的含量，免疫组化分析核因子κB（Nuclear Factor Kappa B，NF-κB）、8-羟基脱氧鸟苷（8-Hydroxydeoxyguanosine，8-OHdG）和血红素氧合酶1（Heme Oxygenase-1，HO-1）的阳性表达，蛋白免疫印迹法检测核转录因子2（NuclearFactorErythroid2-RelatedFactor2，Nrf2）、HO-1的蛋白表达。 3.人工热浪实验：构建大鼠COPD疾病模型，对其进行人工热浪暴露和不同剂量PM2.5（0、3.2、12.8 mg/ml）染毒，同时腹腔注射维生素E干预，末次染毒后测定各组大鼠肺功能，取肺组织制作病理切片，ELISA检测肺组织 TNF-α、MCP-1的浓度，TBA法、WST-1和比色法测定肺组织MDA、SOD和iNOS的含量，免疫组化分析NF-κB、8-OHdG和HO-1的阳性表达，蛋白免疫印迹法检测Nrf2、HO-1的蛋白表达。 4.寒潮和热浪比较实验部分：通过对人工热浪及寒潮实验结果进行分析，主要对肺功能、肺组织TNF-α、MCP-1、MDA、SOD和iNOS的含量进行比较，探讨两种暴露方式与PM2.5对COPD大鼠的影响差异。 结果： 1.8种碳组分中OC2、OC3、OC4、EC1的占比最高，OC与EC的质量分数比值为2.46；内毒素含量为（0.91±0.02）EU/mg；ANT和2-EA分别为17种母体多环芳烃和19种含氧多环芳烃中占比最高组分。 2.人工寒潮实验部分：寒潮进一步显著增加了PM2.5引起的Ang-Ⅱ、HO-1和8-OHdG含量增加及病理损伤，加剧了PM2.5引起的PIF、PEF和SOD水平下降，而 COPD大鼠的这些变化均显著大于健康大鼠。缬沙坦可抑制 PM2.5引起的COPD大鼠PIF下降，但不能抑制低温引起的Ang-Ⅱ、TNF-α和MCP-1上升。 3.人工热浪实验部分：热浪进一步显著降低了PM2.5导致的PIF、PEF、SOD活性、Nrf2及HO-1蛋白表达下降，加重了PM2.5暴露下的病理损伤，而高温和PM2.5暴露下 COPD大鼠受到的损伤更为严重。维生素 E可显著改善 PM2.5对COPD大鼠PIF/PEF的降低，也可显著拮抗高温导致的TNF-α、MDA浓度升高和SOD活性下降。 4.寒潮和热浪比较实验部分：寒潮的作用机制以炎症为主并伴随较重的氧化损伤，热浪的作用机制主要为强氧化损伤，热浪引起的肺功能损伤强于寒潮。 结论： 1.采样期间PM2.5样品主要来源为交通尾气排放，OC中的二次有机碳（SOC）是重要污染成分。 2.寒潮会加剧PM2.5诱导的COPD大鼠肺损伤，其机制可能是激活AngⅡ/NF-κB炎症相关信号通路，缬沙坦对寒潮引起的损伤改善作用有限。 3.热浪加剧PM2.5诱导的COPD大鼠肺损伤的机制可能是通过抑制Nrf2/HO-1信号通路、增加氧化应激，维生素E对热浪引起的损伤干预作用明显。 4.相比于健康大鼠，COPD大鼠更易受到寒潮、热浪和PM2.5的影响。

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