经口慢性砷暴露诱导小鼠肺脏氧化应激和免疫炎症反应的实验研究

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目的:砷是一种严重危害人类健康的环境毒物和已知的人类致癌物。砷的广泛分布及其对机体造成的许多不良影响,使得砷中毒已然成为全球性公共卫生问题。肺组织作为砷毒性最敏感的器官之一,越来越多的证据表明长期接触无机砷会增加罹患机会性感染疾病的风险,提高肺部疾病的发病率。慢性炎症反应是肺癌及肺部疾病发生的重要危险因素之一,同时氧化应激产生大量活性氧自由基(reactiveoxygen species,ROS)作为炎症反应的始动因素,参与炎性细胞因子的产生,进一步促进免疫炎症反应的发生发展。作为机体抗氧化系统的核心调控者,细胞核内转录因子NF-E2相关因子(nuclearfactor erythroid2-related factor2,Nrf2)是调控细胞对抗外来异物和氧化损伤的关键转录因子,广泛分布于机体的各个器官中,并对所在组织具有重要的保护作用,无机砷暴露可以引起免疫器官和免疫细胞中的Nrf2通路的明显活化。核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)作为调控炎症反应的经典信号通路,无机砷暴露使IκB磷酸化,激活NF-κB,启动下游靶基因转录,促进炎性介质的分泌。丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信号通路参与调节炎症因子的基因转录,发挥其对炎症反应的调控作用,其中最重要的是细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulaetd kinase,ERK)、c-Jun氨基未端激酶(c-Jun n-terminal kinase,JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶(p38 mitogen-activatedprotein kinase,p38)。深入探讨无机砷诱导肺组织的氧化应激和免疫炎性反应,对于揭示无机砷暴露引起肺部疾病及肺癌的发病机制具有重要意义。  研究方法:本研究选取健康昆明种雌性小鼠160只,采用NaAsO2自由饮水喂饲方式染毒,染毒浓度分别为25 mg/L、50 mg/L和100 mg/L NaAsO2水溶液,染毒时间分别为1、3、6和12个月,共计16组,每组10只。染毒期间各组小鼠均喂养普通饲料。染毒终点,眼球取血,摘取肺组织。测定各NaAsO2染毒组小鼠肺组织的病理损伤、氧化损伤、炎症损伤以及对Nrf2、NF-κB和MAPK等通路的蛋白表达的可能影响。  结果:1、各NaAsO2染毒组小鼠肺组织T-AS含量随NaAsO2染毒剂量增加而增加,提示模型成功建立。2、对照组肺泡结构清晰,肺泡壁毛细血管无明显扩张、充血,肺泡间隔无明显增厚和炎性细胞浸润;25 mg/L NaAsO2染毒组小鼠肺组织见少量炎症细胞浸润伴充血,肺泡壁明显增厚,局部肺间隔断裂;50 mg/L NaAsO2染毒组小鼠肺泡内有大量炎症细胞浸润,肺间隔大范围出现断裂;100 mg/L NaAsO2染毒组小鼠肺组织肺泡腔结构遭到破坏,肺泡塌陷、闭塞,肺泡壁增厚,炎症细胞浸润并伴充血。同时,小鼠肺脏的病理学损伤随着染毒时间的增加而更加明显。3、小鼠肺组织MDA含量随着NaAsO2染毒剂量的增加而增加,同时GSH-Px和CAT活力与对照组相比明显降低,差异具有显著性(p<0.05)。4、经口慢性砷暴露小鼠肺组织Nrf2蛋白明显增加,Nrf2调控下游靶蛋白HO-1、GCLC和GR的蛋白水平也明显增加,差异均有统计学意义(p<0.05)。5、(1)经口慢性砷暴露小鼠肺组织MPO活性在50 mg/L NaAsO2染毒1个月暴露组明显增加,差异有统计学意义(p<0.05)。(2)炎性细胞因子Ifn-γ在3个月和12个月的50 mg/L、3个月的100 mg/L NaAsO2染毒组mRNA表达水平明显增加。IL-1β的mRNA水平除6个月的100 mg/L NaAsO2染毒组外,在其他各NaAsO2染毒组均明显高于对照组。Tgf-β的mRNA水平在各染毒时间和剂量组均未见明显改变。6、(1)经口慢性砷暴露小鼠肺脏组织中Th1细胞转录因子T-bet的mRNA水平与对照组相比明显减少;Th1细胞相关细胞因子IL-12的mRNA水平与对照组相比,除3个月的50 mg/L和100 mg/L NaAsO2染毒组外,其他各NaAsO2染毒组均明显减少,差异有统计学意义(p<0.05)。(2) Th2细胞转录因子Gata3的mRNA水平与对照组相比明显增加;Th2细胞相关细胞因子IL-4的mRNA水平与对照组相比,除3个月的25mg/LNaAsO2染毒组外,其他各NaAsO2染毒组均明显增加,差异有统计学意义(p<0.05)。(3) Th17细胞转录因子RorRt的mRNA水平除6和12个月的50 mg/L和12个月的100mg/L NaAsO2染毒组外,在其他各NaAsO2染毒组明显增加;Th17细胞相关细胞因子IL-23的mRNA水平除3个月的25 mg/L NaAsO2染毒组外,在其他各染毒组有所增加,差异有统计学意义(p<0.05)。(4) Treg细胞转录因子Foxp3的mRNA水平在1个月的25 mg/L NaAsO2染毒组、6个月的100mg/LNaAsO2染毒组和12个月的各染毒组明显减少;在1个月的50 mg/L NaAsO2染毒组、3个月的各染毒组明显增加;Treg细胞相关细胞因子IL-10的mRNA水平除3个月的25 mg/L和12个月的100mg/LNaAsO2染毒组外,在其他各NaAsO2染毒组有所增加,差异有统计学意义(p<0.05)。7、经口慢性砷暴露小鼠肺组织NF-κB的蛋白水平明显增加,MAPK信号通路中ERK、JNK和P38的蛋白磷酸化水平明显增加,差异均有统计学意义(p<0.05)。  结论:1、经口慢性砷暴露诱导小鼠肺组织病理损伤。2、经口慢性砷暴露诱导小鼠肺组织氧化应激和抗氧化调控关键转录因子Nrf2通路活化。3、经口慢性砷暴露诱导小鼠肺组织免疫/炎症反应,以及炎症相关MAPK通路和转录因子NF-κB活化。
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