小動物臭氧暴露染毒對哮喘影響的實驗方案

近日，復旦大學公共衛(wèi)生學院陳仁杰教授、徐燕意副教授課題組，以“關聯(lián)—因果—機制—干預”為研究框架，深入探討了短期臭氧暴露對哮喘加重的影響和作用機制。研究結果以“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驗方案

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)性有機物在陽光照射下發(fā)生光化學反應生成。近年來，隨著城市化進程的加快和全球氣候變暖，臭氧污染問題日益嚴重，對呼吸系統(tǒng)健康構成重大威脅。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。研究表明，臭氧暴露不僅會加重哮喘患者的癥狀，還會通過誘導氧化應激、炎癥反應和免疫失衡等機制，進一步惡化氣道高反應性（AHR）和肺功能。因此，深入探討臭氧暴露對哮喘的影響及其作用機制，對于制定有效的環(huán)境健康政策和干預措施具有重要意義。

2. 主要研究儀器

本實驗采用北京元森凱德生物技術公司研制生產的YSKD小動物臭氧暴露染毒儀，該設備具備高效臭氧發(fā)生器和氣溶膠均勻染毒設計，能夠精確控制臭氧濃度【臭氧產量可控，臭氧暴露濃度實時可以監(jiān)測】，適用于多種呼吸系統(tǒng)疾病模型的建立。該設備可廣泛應用于哮喘、氣道高反應性、慢性阻塞性肺?。?span>COPD）等研究領域，為臭氧暴露對呼吸系統(tǒng)的影響提供可靠的實驗平臺。

3. 實驗方案

3.1 實驗對象

• 動物模型：C57BL/6J小鼠，6周齡，雌雄各半。

• 分組：每組10只，共4組。

• 對照組：暴露于潔凈空氣（過濾空氣）。

• O?單獨暴露組：暴露于一定濃度臭氧，6小時/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：在哮喘模型基礎上，暴露于一定濃度臭氧，6小時/天。

3.2 實驗設計

• 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公司研制生產的YSKD氣管肺遞送裝置，氣管內霧化OVA進行挑戰(zhàn)，以誘導氣道炎癥和高反應性。

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• 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小動物臭氧暴露染毒儀進行臭氧暴露，暴露時間為6小時/天，連續(xù)暴露7天。

• 監(jiān)測指標：在暴露前后，分別測量小鼠的肺功能（如FEV1、FVC）、氣道高反應性（AHR）、支氣管肺泡灌洗液（BALF）中的細胞計數(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：實驗室內溫度和濕度控制在±10%以內，以減少環(huán)境干擾。

數(shù)據記錄：每30分鐘記錄一次臭氧濃度，確保暴露條件符合實驗要求。

4. 研究結果及實驗注意事項

4.1 研究結果

肺功能變化：O?暴露組和O?+哮喘模型組的肺功能指標（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。

氣道高反應性：O?+哮喘模型組的AHR顯著增強，提示臭氧暴露通過增加氣道敏感性，進一步加重哮喘癥狀。

炎癥反應：O?+哮喘模型組的BALF中嗜酸性粒細胞、中性粒細胞數(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）和增殖細胞核抗原（PCNA）表達上調，表明臭氧暴露誘導了氧化應激反應。

免疫失衡：O?+哮喘模型組的Th2細胞因子（如IL-4、IL-5、IL-13）和Th17細胞因子（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 實驗注意事項

動物健康狀態(tài)：實驗前需確保小鼠健康，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，可以實時監(jiān)測臭氧暴露濃度。

環(huán)境控制：實驗室內溫度和濕度需嚴格控制，避免環(huán)境因素干擾實驗結果。

數(shù)據記錄：實驗過程中需詳細記錄每只小鼠的暴露情況和生理指標變化，確保數(shù)據的準確性和可重復性。

倫理審查：實驗方案需通過動物倫理委員會審批，確保實驗符合動物福利和倫理要求。

5. 結論

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

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

廣東省科學院生物與醫(yī)學工程研究所/廣州醫(yī)科大學公共衛(wèi)生學院/生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學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有限公司 研制生產的動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及其老化產物的氣溶膠濃度為0.6 μg/L，每天1小時，每周6天，持續(xù)5周和10周。通過北京元森凱德生物技術有限公司YSKD動物吸入暴露系統(tǒng)的使用，研究者能夠模擬人類在實際環(huán)境中的吸入暴露情況，為評估6PPD及其老化產物的毒性提供了重要的實驗數(shù)據。

該研究揭示了環(huán)境因素O3和UVA對6PPD老化反應和毒性的影響。研究結果表明，6PPD及其老化產物在吸入后表現(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物。隨著大氣中O3濃度的增加，6PPD向老化產物的轉化可能加速，由此產生的二次污染不容忽視。這項研究為評估和管理6PPD的環(huán)境和健康風險提供了新的視角。

附：北京元森凱德生物技術有限公司研制生產的動物霧化吸入給藥儀器，主要包括大/小動物肺部氣管直接遞送裝置（動物氣道霧化針）、動物口鼻吸入、僅鼻腔給藥、全身式暴露染毒、動物煙氣/PM2.5染毒系統(tǒng)、粉塵氣溶膠發(fā)生器、臭氧動物暴露裝置、動物高低壓氧艙，此外給客戶多樣化提供自動型實驗動物anlesi系統(tǒng)（窒息系統(tǒng)、二氧化碳安樂處死箱），實驗動物除臭暫存系統(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與檢測。

附：北京元森凱德生物技術有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），簡稱元森凱德（YSKD），2013年成立于北京中關村科技園，是一家專業(yè)從事生命科學類實驗儀器研制、生產與銷售的科技創(chuàng)新型企業(yè)。服務毒理學、藥理學、免疫學、生物安全、大氣污染物、化學物質毒性鑒定、臨床前藥物開發(fā)與安全性評價、呼吸系統(tǒng)、環(huán)境與健康等領域。

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