小動(dòng)物臭氧暴露染毒對(duì)哮喘影響的實(shí)驗(yàn)方案

小動(dòng)物臭氧暴露染毒對(duì)哮喘影響的實(shí)驗(yàn)方案

近日，復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院陳仁杰教授、徐燕意副教授課題組，以“關(guān)聯(lián)—因果—機(jī)制—干預(yù)”為研究框架，深入探討了短期臭氧暴露對(duì)哮喘加重的影響和作用機(jī)制。研究結(jié)果以“Mechanistic Insights into Ozone-Induced Asthma Exacerbation: Role of Oxidative Stress and IL-33”為題發(fā)表于《Journal of Hazardous Materials》

（一）大小鼠臭氧暴露染毒實(shí)驗(yàn)方案

1. 研究背景

臭氧（O?）是一種常見的大氣污染物，主要由氮氧化物和揮發(fā)性有機(jī)物在陽(yáng)光照射下發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)生成。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快和全球氣候變暖，臭氧污染問題日益嚴(yán)重，對(duì)呼吸系統(tǒng)健康構(gòu)成重大威脅。哮喘作為一種常見的慢性氣道疾病，其急性發(fā)作與臭氧暴露密切相關(guān)。研究表明，臭氧暴露不僅會(huì)加重哮喘患者的癥狀，還會(huì)通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和免疫失衡等機(jī)制，進(jìn)一步惡化氣道高反應(yīng)性（AHR）和肺功能。因此，深入探討臭氧暴露對(duì)哮喘的影響及其作用機(jī)制，對(duì)于制定有效的環(huán)境健康政策和干預(yù)措施具有重要意義。

2. 主要研究?jī)x器

本實(shí)驗(yàn)采用北京元森凱德生物技術(shù)公司研制生產(chǎn)的YSKD小動(dòng)物臭氧暴露染毒儀，該設(shè)備具備高效臭氧發(fā)生器和氣溶膠均勻染毒設(shè)計(jì)，能夠精確控制臭氧濃度【臭氧產(chǎn)量可控，臭氧暴露濃度實(shí)時(shí)可以監(jiān)測(cè)】，適用于多種呼吸系統(tǒng)疾病模型的建立。該設(shè)備可廣泛應(yīng)用于哮喘、氣道高反應(yīng)性、慢性阻塞性肺病（COPD）等研究領(lǐng)域，為臭氧暴露對(duì)呼吸系統(tǒng)的影響提供可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3. 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

• 動(dòng)物模型：C57BL/6J小鼠，6周齡，雌雄各半。

• 分組：每組10只，共4組。

• 對(duì)照組：暴露于潔凈空氣（過濾空氣）。

• O?單獨(dú)暴露組：暴露于一定濃度臭氧，6小時(shí)/天。

• 哮喘模型組：通過卵清蛋白（OVA）致敏和挑戰(zhàn)建立哮喘模型。

• O?+哮喘模型組：在哮喘模型基礎(chǔ)上，暴露于一定濃度臭氧，6小時(shí)/天。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

• 致敏與挑戰(zhàn)：哮喘模型組通過皮下注射OVA（10 μg/只）建立過敏性哮喘模型，隨后通過北京元森凱德生物技術(shù)公司研制生產(chǎn)的YSKD氣管肺遞送裝置，氣管內(nèi)霧化OVA進(jìn)行挑戰(zhàn)，以誘導(dǎo)氣道炎癥和高反應(yīng)性。

• 

• 臭氧暴露：O?暴露組和O?+哮喘模型組在哮喘模型建立后，通過YSKD小動(dòng)物臭氧暴露染毒儀進(jìn)行臭氧暴露，暴露時(shí)間為6小時(shí)/天，連續(xù)暴露7天。

• 監(jiān)測(cè)指標(biāo)：在暴露前后，分別測(cè)量小鼠的肺功能（如FEV1、FVC）、氣道高反應(yīng)性（AHR）、支氣管肺泡灌洗液（BALF）中的細(xì)胞計(jì)數(shù)和炎癥因子（如IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α、4-HNE等），以及肺組織病理切片。

3.3 暴露條件

臭氧發(fā)生器：采用高效臭氧發(fā)生器，確保臭氧濃度穩(wěn)定。

環(huán)境控制：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度和濕度控制在±10%以內(nèi)，以減少環(huán)境干擾。

數(shù)據(jù)記錄：每30分鐘記錄一次臭氧濃度，確保暴露條件符合實(shí)驗(yàn)要求。

4. 研究結(jié)果及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

4.1 研究結(jié)果

肺功能變化：O?暴露組和O?+哮喘模型組的肺功能指標(biāo)（如FEV1、FVC）顯著下降，表明臭氧暴露加重了哮喘患者的肺功能損害。

氣道高反應(yīng)性：O?+哮喘模型組的AHR顯著增強(qiáng)，提示臭氧暴露通過增加氣道敏感性，進(jìn)一步加重哮喘癥狀。

炎癥反應(yīng)：O?+哮喘模型組的BALF中嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞數(shù)量顯著增加，且IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α等炎癥因子水平顯著升高。

氧化應(yīng)激：O?+哮喘模型組的肺組織中4-羥基-2-壬烯醛（4-HNE）和增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）表達(dá)上調(diào)，表明臭氧暴露誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激反應(yīng)。

免疫失衡：O?+哮喘模型組的Th2細(xì)胞因子（如IL-4、IL-5、IL-13）和Th17細(xì)胞因子（如IL-17）水平顯著升高，提示臭氧暴露通過干擾免疫平衡，加重哮喘急性發(fā)作。

4.2 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

動(dòng)物健康狀態(tài)：實(shí)驗(yàn)前需確保小鼠健康，無感染或疾病史。

臭氧濃度控制：臭氧發(fā)生器確保臭氧濃度穩(wěn)定，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)臭氧暴露濃度。

環(huán)境控制：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)溫度和濕度需嚴(yán)格控制，避免環(huán)境因素干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

數(shù)據(jù)記錄：實(shí)驗(yàn)過程中需詳細(xì)記錄每只小鼠的暴露情況和生理指標(biāo)變化，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。

倫理審查：實(shí)驗(yàn)方案需通過動(dòng)物倫理委員會(huì)審批，確保實(shí)驗(yàn)符合動(dòng)物福利和倫理要求。

5. 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過建立哮喘小鼠模型，并結(jié)合臭氧暴露，系統(tǒng)探討了臭氧對(duì)哮喘加重的影響及其作用機(jī)制。研究結(jié)果表明，臭氧暴露通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)和免疫失衡，顯著加重哮喘患者的肺功能損害和氣道高反應(yīng)性。這些發(fā)現(xiàn)為理解臭氧暴露對(duì)哮喘急性發(fā)作的病理生理機(jī)制提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也為制定有效的環(huán)境健康政策和干預(yù)措施提供了科學(xué)支持。

（二）案例分享：環(huán)境因素O3和UVA對(duì)6PPD老化反應(yīng)和毒性的影響

廣東省科學(xué)院生物與醫(yī)學(xué)工程研究所/廣州醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院/生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所等在中科院一區(qū)TOP期刊（IF=12.2）Journal of Hazardous Materials 486 (2025) 137000 發(fā)表題為《Environmental factors ultraviolet a and ozone exacerbate the repeated inhalation toxicity of 6PPD in mice via accelerating the aging reaction》

本文作者通過北京元森凱德生物技術(shù)有限公司 研制生產(chǎn)的動(dòng)物霧化吸入暴露系統(tǒng)，使小鼠暴露于不同老化條件下的6PPD氣溶膠中。6PPD及其老化產(chǎn)物的氣溶膠濃度為0.6 μg/L，每天1小時(shí)，每周6天，持續(xù)5周和10周。通過北京元森凱德生物技術(shù)有限公司YSKD動(dòng)物吸入暴露系統(tǒng)的使用，研究者能夠模擬人類在實(shí)際環(huán)境中的吸入暴露情況，為評(píng)估6PPD及其老化產(chǎn)物的毒性提供了重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

該研究揭示了環(huán)境因素O3和UVA對(duì)6PPD老化反應(yīng)和毒性的影響。研究結(jié)果表明，6PPD及其老化產(chǎn)物在吸入后表現(xiàn)出不同的毒性特征，特別是UVA處理后的6PPD可能形成新的有毒產(chǎn)物。隨著大氣中O3濃度的增加，6PPD向老化產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化可能加速，由此產(chǎn)生的二次污染不容忽視。這項(xiàng)研究為評(píng)估和管理6PPD的環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)提供了新的視角。

附：北京元森凱德生物技術(shù)有限公司研制生產(chǎn)的動(dòng)物霧化吸入給藥儀器，主要包括大/小動(dòng)物肺部氣管直接遞送裝置（動(dòng)物氣道霧化針）、動(dòng)物口鼻吸入、僅鼻腔給藥、全身式暴露染毒、動(dòng)物煙氣/PM2.5染毒系統(tǒng)、粉塵氣溶膠發(fā)生器、臭氧動(dòng)物暴露裝置、動(dòng)物高低壓氧艙，此外給客戶多樣化提供自動(dòng)型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物anlesi系統(tǒng)（窒息系統(tǒng)、二氧化碳安樂處死箱），實(shí)驗(yàn)動(dòng)物除臭暫存系統(tǒng)，巴馬香豬皮，NGI Gentle Rocker智能洗盤裝置，NGI新一代撞擊器和ACI安德森撞擊器的校驗(yàn)與檢測(cè)。

附：北京元森凱德生物技術(shù)有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），簡(jiǎn)稱元森凱德（YSKD），2013年成立于北京中關(guān)村科技園，是一家專業(yè)從事生命科學(xué)類實(shí)驗(yàn)儀器研制、生產(chǎn)與銷售的科技創(chuàng)新型企業(yè)。服務(wù)毒理學(xué)、藥理學(xué)、免疫學(xué)、生物安全、大氣污染物、化學(xué)物質(zhì)毒性鑒定、臨床前藥物開發(fā)與安全性評(píng)價(jià)、呼吸系統(tǒng)、環(huán)境與健康等領(lǐng)域。

部分用戶案例：哈佛大學(xué)，麻省理工學(xué)院，新加坡國(guó)立大學(xué)，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所，麗珠醫(yī)藥集團(tuán)股份有限公司，康龍化成（寧波）生物醫(yī)藥有限公司，中日醫(yī)院呼吸病學(xué)研究中心/中日友好臨床醫(yī)學(xué)研究所，北京中醫(yī)藥大學(xué)，中國(guó)藥科大學(xué)，沈陽(yáng)藥科大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)，浙江大學(xué)，四川大學(xué)，中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院等