这项研究描述了一个新的慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 动物模型的成功生成, 反复暴露小鼠到高浓度的臭氧。
慢性阻塞性肺疾病 (COPD) 的特点是持续气流限制和肺实质破坏。它在老龄人口中的发病率很高。目前常规的 COPD 治疗主要集中在症状修饰药物;因此, 迫切需要开发新的治疗方法。合格的慢性阻塞性肺病动物模型有助于确定基本的机制, 并可用于新的药物筛选。目前的 copd 模型, 如脂多糖 (LPS) 或猪胰弹性蛋白酶 (PPE) 诱导肺气肿模型, 产生 copd 样病变的肺部和呼吸道, 但没有其他类似的发病机制的人 copd。香烟烟雾 (CS) 诱导模型仍然是最流行的之一, 因为它不仅模拟 copd 样病变的呼吸系统, 但它也基于其中一个主要的危险物质, 导致 copd 的人。然而, CS 诱导模型的耗时和 labor-intensive 的方面极大地限制了它在新药筛选中的应用。在这项研究中, 我们成功地产生了一个新的 COPD 模型, 暴露小鼠到高水平的臭氧。该模型显示如下: 1) 减少了强迫呼气体积 25, 50, 75/强迫肺活量 (FEV25/FVC, FEV50/FVC, 和 FEV75/FVC), 表明肺功能恶化;2) 肺肺泡肿大, 肺实质破坏;3) 减少疲劳时间和距离;和 4) 炎症增加。综合起来, 这些数据表明, 臭氧暴露模型是一种与人类相似的可靠动物模型, 因为臭氧过度曝光是 COPD 的病因之一。此外, 根据我们以前的工作, 它只花了 6-8 周, 创建一个 OE 模型, 而它需要 3-12 月, 以诱导卷烟烟雾模型, 表明 oe 模型可能是一个很好的选择 COPD 的研究。
据估计, COPD, 包括肺气肿和慢性支气管炎, 可能是世界上的第三个主要死因在 2020年1,2。在未来40年3中, 在40岁以上的人口中, COPD 的潜在发病率估计为12.7% 男性, 8.3% 为女性。目前尚无药物可逆转 COPD 患者的渐进性恶化4。可靠的 COPD 动物模型不仅要求对疾病的病理过程进行模拟, 而且需要较短的周期。目前的 COPD 模型, 包括 LPS 或 PPE 诱发的模型, 可以诱发肺气肿样症状5,6。一个单一的管理或一个星期的挑战, LPS 或 PPE 的小鼠或大鼠结果在支气管肺泡灌洗液 (BALF) 的显着中性, 增加炎调解人 (例如, TNF-α和 IL-1β) 在 BALF 或血清, 产生肺实质破坏-扩大空气空间, 并限制气流5,6,7,8,9,10。然而, LPS 或 PPE 不是人类慢性阻塞性肺病的原因, 因此不模仿病理过程11。CS 诱导模型产生持续气流限制, 肺实质破坏, 并减少功能锻炼能力。但是, 传统的 CS 协议至少需要3月才能生成 COPD 模型12,13,14,15。因此, 重要的是要产生一个新的, 更有效的动物模型, 满足这两个要求。
最近, 除了吸烟, 空气污染和职业暴露已成为更常见的原因 COPD16,17,18。臭氧作为主要污染物之一 (虽然不是空气污染的主要成分), 可以直接与呼吸道发生反应, 损害儿童和青年成人的肺组织19,20,21 ,22,23,24,25。臭氧, 以及其他刺激, 包括 LPS, PPE, 和 CS, 参与了严重的生化途径的肺氧化应激和 DNA 损伤, 并与启动和促进 COPD26,27。另一个因素是, 一些 COPD 患者的症状在暴露于臭氧后恶化, 表明臭氧会扰乱肺部功能18,28,29。因此, 我们产生了一个新的 COPD 模型, 反复暴露小鼠到高浓度的臭氧7周;这导致气流缺陷和肺部实质损伤类似于以前的调查30,31,32。我们在本研究中推广了对雌性小鼠的 OE 协议, 并成功地再现了我们以前研究的雄性小鼠的肺气肿30,31,32。由于 copd 死亡率在男性减少, 但在许多国家的妇女增加了33, 需要对女性 copd 模型进行研究, 以探讨慢性阻塞性肺病患者的发病机制和治疗方法。OE 模型对所有性别的适用性进一步支持它作为 COPD 模型的使用。
在这项研究中, 我们提出了一个可靠的方法来生成一个新的 COPD 模型。与其他模型 (即LPS 或 PPE 模型) 相比, 此 OE 模型重述 COPD 患者的病理过程。由于香烟烟雾是导致人患 copd 的主要危险物质40, CS 模型仍然是最受欢迎的 copd 模型41,42。然而, CS 模型需要 3-到12月的 r-和 #38;D 期新药。与 CS 模型相比, 目前的 OE 模型将生成周期缩短为6-…
The authors have nothing to disclose.
作者希望对 Mr. 波 (上海市公共卫生临床中心) 在本议定书中的µCT 评估提供技术援助表示感谢。
BALB/c mice | Slac Laboratory Animal,Shanghai, China | N/A | 7-to-9-week-old female BALB/c mice were used in this study. |
Individual ventilated cages | Suhang, Shanghai, China | Model Number: MU64S7 | The cages were used for housing mice in the animal facility. |
Sealing perspex-box | Suhang, Shanghai, China | N/A | The box was used to contain the ozone generator. Mice were exposed to ozone within the box. |
Electric generator | Sander Ozoniser, Uetze-Eltze, Germany | Model 500 | The device was used for generating ozone. |
Ozone probe | ATi Technologies, Ashton-U-Lyne, Greater Manchester, UK | Ozone 300 | The device was used for monitoring and controlling the generation of ozone. |
Pelltobarbitalum natricum | Sigma, St. Louis, MO, USA | P3761 | Mice were anesthetized by intraperitoneal injection of pelltobarbitalum natricum. |
Micro-Computed Tomography | GE Healthcare, London, ON, Canada | RS0800639-0075 | This device was used for acquiring images of the lung. |
Micro-view 2.01 ABA software | GE Healthcare, London, ON, Canada | Micro-view 2.01 | This device was used for reconstruct the lung and analyze volume, LAA of the lung. |
Treadmill machine | Duanshi, Hangzhou, Zhejiang, China | DSPT-208 | This machine was usd for fatigue test. |
Body plethysmograph | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Ventilator | eSpira™ Forced Manoeuvres System, EMMS, Edinburgh, UK | Forced Manoeuvres System | This device was used to test spirometry pulmonary function. |
Slide spinner centrifuge | Denville Scientific, Holliston, MA, USA | C1183 | It was used to spin BALF cells onto slides. |
Wright Staining | Hanhong, Shanghai, China | RE04000054 | It was used to staining macrophages, neutrophils in the suspended BALF. |
Hemocytometer | Hausser Scientific, Horsham, PA, USA | 4000 | It was used to count cells. |
IL-1β | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100704 | They were used to test the respective factors in serum. |
IL-10 | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab46103 | They were used to test the respective factors in serum. |
TNF-α | Abcam, Cambridge, MA, USA | ab100747 | They were used to test the respective factors in serum. |
Paraformaldehyde | Sigma, St. Louis, MO, USA | P6148 | The lung was inflated by 4% paraformaldehyde. |
Paraffin | Hualing, Shanghai, China | 56# | It was used to embed the lung. |
Rotary Microtome | Leica, Wetzlar, Hesse, Germany | RM2255 | It was used for sectioning the lung. |
Hgaematoxylin and Eosin (H&E) staining solution | Solarbio, Beijing, China | G1120 | H&E staining was done for morphometric analysis. |
Upright bright field microscope | Olympus, Center Valley, PA, USA | CX41 | It was used to image the H&E staining slides. |
Adobe Photoshop 12 | Adobe, San Jose, CA, USA | Adobe Photoshop 12 | It was used to count the number of alveoli on the H&E stained images. |
GraphPad prism 5 | Graphpad Software Inc., San Diego, CA | GraphPad prism 5 | It was used for data analysis and production of figures. |