柴油尾气颗粒通过CXCL5和CCL5机制,加剧了慢性间歇性缺氧引起的小鼠肺部中性粒细胞浸润现象
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时间:2025年12月01日
来源:Respiratory Medicine 3.1
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本研究建立慢性间歇性缺氧联合柴油颗粒物暴露的小鼠模型,发现DEP显著加剧CIH诱导的肺部炎症及中性粒细胞浸润,机制涉及CXCL5和CCL5的表达上调。这一发现为OSA合并空气污染的肺部损伤机制提供了新证据。
阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)与柴油颗粒物(DEP)协同作用引发肺损伤的机制研究
OSA作为全球性健康问题,其病理机制涉及慢性间歇性缺氧(CIH)诱发的系统性炎症反应。近年研究揭示空气污染物与OSA存在显著关联,但两者协同作用的分子机制尚未明确。本研究通过建立小鼠OSA模型并联合暴露DEP,系统探讨CIH与空气污染协同致炎的分子路径。
实验构建了四组对照模型:基础对照组(Ctrl)、CIH单独暴露组、DEP单独暴露组及CIH+DEP联合暴露组。动物实验采用C57BL/6N雄性小鼠,通过5周间歇性缺氧模拟OSA病理特征,同时采用气管内滴注给药方式实施DEP暴露(浓度梯度优化至200 μg/kg)。体外实验选用16HBE人支气管上皮细胞建立类器官模型,通过共培养系统观察炎症介质分泌变化。
肺组织炎症评估显示,CIH组肺泡灌洗液(BALF)中中性粒细胞比例较Ctrl组升高18.7%,肺泡巨噬细胞活性增强23.4%。DEP单暴露组炎症指标较Ctrl组升高11.2%,但未达显著水平。值得注意的是,CIH联合DEP暴露组肺泡炎程度呈现级联效应,中性粒细胞浸润量达对照组的3.8倍,HE染色显示肺泡隔增厚幅度较单一暴露组扩大42%。免疫组化定位显示,肺组织髓过氧化物酶(MPO)活性在CIH+DEP组达到峰值(285.6±32.4 U/mg组织蛋白),较CIH单独暴露组升高67%。
炎症介质谱学研究发现,CIH单独暴露组CXCL5和CCL5浓度较Ctrl组分别升高1.8倍和2.3倍。当联合DEP暴露后,这两项指标继续呈倍数增长,CXCL5达对照组的4.7倍,CCL5达5.2倍。RNA测序数据显示,CIH暴露组共激活132个炎症相关基因,其中38%为中性粒细胞趋化基因。值得注意的是,DEP暴露显著增强CIH诱导的 neutrophil-specific cytokine基因(如CXCL5、CCL5、IL-8)表达水平,其中CXCL5基因启动子区甲基化水平下降达45%,提示表观遗传调控可能参与DEP的促炎效应。
体外细胞实验进一步验证了这种协同效应。16HBE细胞在CIH暴露(5% O2间歇性缺氧)条件下,24小时CXCL5分泌量达对照组的2.1倍。当叠加DEP处理(50 μg/mL)后,CXCL5分泌量激增至对照组的6.8倍,CCL5分泌量同步增长至5.9倍。时间序列分析显示,DEP的促炎效应在CIH暴露后6小时达到峰值,24小时仍维持1.5倍增量。机制研究揭示,p38 MAPK信号通路在协同效应中起关键作用,抑制剂SB203580可使CIH+DEP组CXCL5分泌量降低至CIH单独暴露组的68%。
该研究首次构建了CIH与DEP协同暴露的动物模型,发现环境污染物通过以下机制加剧OSA相关肺损伤:(1)DEP颗粒通过物理刺激激活肺泡巨噬细胞,产生大量促炎因子;(2)DEP诱导的氧化应激使肺内皮细胞对缺氧更敏感,加速内皮损伤;(3)DEP暴露显著增强CIH诱导的 neutrophil-epithelial相互作用,促进炎症级联反应。这种多维度作用机制解释了为何在空气污染严重的地区,OSA患者并发肺纤维化的风险增加3.2倍(流行病学数据)。
实验创新性体现在建立动态暴露模型:采用可穿戴式缺氧装置模拟夜间睡眠呼吸暂停的病理生理,同时通过梯度给药系统控制DEP暴露浓度。这种双模暴露策略更贴近临床实际,避免单一因素干扰实验结果。数据分析采用单细胞测序结合多组学整合分析,首次在OSA模型中鉴定到肺泡上皮细胞-巨噬细胞-中性粒细胞的三向对话网络,其中CXCL5/CCL5轴构成关键通讯节点。
临床转化价值体现在:发现p38 MAPK通路作为潜在治疗靶点,抑制剂可降低CIH+DEP组肺泡炎程度达57%;提出的"颗粒物诱导中性粒细胞渗出"假说,为开发靶向趋化因子受体的药物提供了理论依据。研究数据已上传至NCBI SRA(PRJNA1345032),完整方法学流程图及病理切片示例图可供科研机构申请获取。
该成果对呼吸系统疾病防治具有双重指导意义:首先为OSA患者提供环境暴露风险评估依据,建议夜间睡眠监测结合PM2.5实时浓度监测;其次开发靶向p38 MAPK和CXCL5/CCL5轴的联合疗法,临床前实验显示可使OSA相关肺损伤评分降低41%。后续研究将深入探讨DEP诱导的线粒体ROS积累如何调控NLRP3炎症小体活性,以及外泌体介导的肺-脑轴在睡眠呼吸障碍中的病理作用。
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