柴油废气颗粒(diesel exhaust particles, DEP)是最主要的空气污染物之一。近年来, 支气管哮喘的发病率、住院率、死亡率在全球范围内均有上升趋势^〔1〕。研究表明, 特异性空气污染物的成分可以加重哮喘的发作^〔2〕。目前, 有关DEP与哮喘关系的研究尚存在争议。本课题通过建立哮喘大鼠模型, 将哮喘动物暴露在DEP下来研究DEP与哮喘的关系^〔3〕, 并对哮喘气道炎症的多项指标进行了观察, 旨在了解DEP对哮喘模型大鼠气道反应性的影响, 探索DEP与气道阻力相关性; 观察DEP对哮喘模型大鼠血清IgE以及肺组织中白细胞介素-5(IL-5)、γ-干扰素(IFN-γ)的影响。

60只健康Wistar大鼠, 雄性, 体重120~140 g, 清洁级(吉林省延边大学医学院实验动物科)。随机分为4个实验组, C组为DEP吸入1周, D组为DEP吸入2周, E组为DEP吸入3周, F组为DEP吸入4周, 模型组为B组, 对照组为A组; 每组各10只。

卵清白蛋白(OVA)(美国Sigma公司); 佐剂液态铝(Imject Alum, 美国GIBCO公司); 柴油废气颗粒(US, Department of Commerce National Instttute of Standards and Technology Gaithersburg, MD 20899);大鼠IgE、白介素-5、γ-干扰素试剂盒(美国Rapidbio公司); PARIMASTER压缩雾化吸入器(德国百瑞有限公司); 自制透明雾化吸入箱(40cm×40cm×40cm); 低速离心机LXJ-64-01型(长沙湘仪离心机有限公司); BX51型系统显微镜(日本Olympus公司); 6240型多道信号采集处理系统(成都仪器制造厂)。

参考文献〔4〕并加以改良。第1, 8, 15 d每只大鼠腹腔注射含有100 mg卵清白蛋白(OVA)和200 mg氢氧化铝的生理盐水1mL, 第22 d给大鼠吸入3%的OVA生理盐水50 mL, 每天1次, 每次30 min, 连续7 d。实验组同时也制作模型同上。

采用体积为64 L自制透明雾化吸入箱, 每次放入10只大鼠。对照组大鼠通过装有0.9%生理盐水50 mL雾化吸入器在吸入箱内进行吸入, 每天30 min, 连续7 d。模型组大鼠通过装有3%OVA生理盐水50 mL雾化吸入器在吸入箱内进行吸入, 每天30 min, 连续7 d。C组、D组、E组、F组大鼠制作模型之后通过装有10 mgDEP的生理盐水溶液50 mL雾化吸入器在吸入箱内进行吸入, 每天30 min, 分别吸入各1, 2, 3, 4周。

每只大鼠染毒结束后次日用3% OVA的生理盐水溶液50 mL (A组用生理盐水)激发30 min, 用乙醚麻醉行气管插管, 然后连接呼吸流量传感器和多道信号采集处理系统测量气道阻力30 min。以气道阻力的变化代表气道反应^〔5〕。

气道阻力测完后, 用10%水合氯醛4 ml腹腔注射处死, 采集心脏血, 经1200 r/min离心后分离血清测量IgE浓度; 结扎左主支气管, 取左侧肺组织, 用液氮快速冷冻在-79℃的冰箱中保存, 待测IL-5、IFN-γ浓度。

采用SPSS 12.0软件进行单因素方差分析(One-Way ANOVA)和相关性分析。

表 1

表 1 各组大鼠呼气相气道阻力比较〔cmH2O/(mL·s)，x±s〕

表 1 各组大鼠呼气相气道阻力比较〔cmH2O/(mL·s)，x±s〕

结果显示, B组大鼠给予抗原攻击后的气道阻力较A组明显增高, 与A组比较差异有统计学意义(F=156.186, P < 0.01);E、F组的气道阻力较B组明显增高(P < 0.01), 实验组随着1, 2, 3, 4周DEP的吸入, 气道阻力的增高与DEP的吸入时间呈正相关(r=0.948, P < 0.01)。

表 2

表 2 各组大鼠血清中lgE变化(gp/mL, x±s)

表 2 各组大鼠血清中lgE变化(gp/mL, x±s)

结果显示, B组血清IgE浓度较A组明显增高(F=2.490, P < 0.01);C、D、E、F组血清IgE浓度与B组比较差异均无统计学意义(P > 0.05);随着1, 2, 3, 4周DEP的吸入, 实验组血清IgE浓度与A组比较, 差异有统计学意义(F=2.490, P < 0.01)。

表 3

表 3 各组大鼠组织中IL-5和IFN-γ的浓度比较(pg/mg, x±s)

表 3 各组大鼠组织中IL-5和IFN-γ的浓度比较(pg/mg, x±s)

结果显示, C、E组肺组织中IL-5的浓度较B组明显增高(F=4.263, P < 0.01);而肺组织中IFN-γ浓度各组之间比较, 差异均无统计学意义(F=1.193, P > 0.05)。

研究证实, DEP可以加重哮喘证状^〔6-7〕, 但尚未明显DEP是如何加重哮哮以及DEP对哮喘发病机制的影响。

暴露在DEP并在OVA的刺激下的大鼠与单纯用OVA攻击的大鼠比较, 气道反应性明显增高, 气道反应性的增高与DEP吸入的时间呈正相关(r=0.948)。提示DEP可能加重气道炎症反应, 并进一步增加气道阻力, 其作用强弱与DEP接触时间呈正比。IgE是由特异性抗原作用于B细胞分泌的, IgE抗体攻击肥大细胞并诱导其释放组胺和白介素, 可以引起支气管平滑肌收缩, 黏液分泌, 微血管渗漏, 并引起急性哮喘症状^〔8〕。实验组IgE的浓度较模型组未见明显增高, 但可以观察到明显黏液分泌, 微血管渗漏等炎症反应, 提示DEP可促进IgE介导的炎症反应。

柴油废气的成分可影响呼吸系统的炎症和免疫途径, 包括促进Th2型细胞反应^〔9〕。IL-5浓度在C组、E组中较B组增加明显, 提示DEP可促进IL-5的生成和TH2淋巴细胞应答, 并加重哮喘反应的发生。IFN-γ浓度在各组之间比较差异无统计学意义, 可能与DEP抑制TH1型细胞因子IFN-γ的表达和DEP的剂量、吸入的时间有关; 其次DEP影响了IFN-γ浓度变化。由于本实验所观察IFN-γ浓度变化是处在哮喘的速发相阶段, IFN-γ未见明显表达。总之, DEP加重了抗原致敏后的大鼠的气道高反应性, 促进了血清IgE介导和IL-5分泌增加导致的气道炎症反应, 在支气管哮喘的发病机制中起到了重要的促进作用。