急性肺损伤(acute lung injury,ALI)和急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome,ARDS)是由严重感染、休克、创伤及烧伤等非心源性疾病引起的破坏性大、死亡率高的急性综合征,其发病机制复杂,涉及炎症反应失控、氧化和抗氧化等多个层面,各种因素形成复杂的调控网络,因此难以寻找有效的辅助诊断指标和治疗措施。代谢组学是从代谢产物入手,对生物体的病理生理变化进行全面认识的研究方法,可望用于发现新的急性肺损伤辅助诊断指标。目前治疗ALI/ARDS唯一有效的措施是机械通气,而机械通气也会诱发和加重肺损伤,目前尚无防治机械通气所致肺损伤(ventilator-induced lung injury,VILI)的有效药物,因此,寻找防治VILI的有效药物并对其作用机制进行研究,也是肺损伤研究面临的一个重要的问题。随着我国肺癌发病率与死亡率的日益升高,肺癌在呼吸系统疾病研究中所占地位越来越重要,其中,肺癌的个体化治疗是近年来的研究热点。人群对药物治疗反应的差异是由基因多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)决定的,铂类联合第三代化疗药物是治疗晚期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)的一线方案,但其白细胞毒性不容忽视。基质金属蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2,MMP-2)在恢复造血功能方面具有重要作用,其SNPs可能是影响含铂化疗白细胞毒性的重要因素。在本研究中,我们首次使用核磁共振氢谱(’H nuclear magnetic resonance spectroscopy,’H NMR spectroscopy)结合模式识别技术对急性肺损伤的代谢产物进行研究,以期发现新的肺损伤辅助诊断指标；研究了中药单体姜黄素对机械通气肺损伤的保护作用及机制,以期发现新的肺损伤防治措施；探索了MMP-2SNPs与晚期NSCLC含铂化疗严重白细胞毒性的关系,以期指导肺癌的个体化治疗。第一部分基于核磁共振氢谱结合模式识别技术的急性肺损伤代谢组学研究目的：本研究拟利用1H NMR谱结合模式识别技术研究急性肺损伤代谢产物,并用糖皮质激素类抗炎药地塞米松(dexamethasone,DXM)进行干预,研究代谢产物变化的机制是否与肺部炎症相关。方法：本研究将实验动物分为3组,分别为气道滴入生理盐水的假手术组(Sham组)、气道滴入5mg/kg脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)的急性肺损伤组(LPS组)以及气道滴入5mg/kgLPS同时腹腔注射5mg/kg地塞米松的地塞米松治疗组(LPS+DXM组),4小时后,通过形态学观察及肺损伤评分、肺脏湿干重比及支气管肺泡灌洗液(bronchial alveolar lavage fluid,BALF)蛋白浓度检测评价是否造成急性肺损伤动物模型；通过髓过氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)活性、肺组织白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)及肿瘤坏死因子-a(tumor necrosis factor-a,TNF-a)表达检测研究炎症反应程度；通过三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)含量检测了解能量代谢情况,通过1H NMR谱结合模式识别技术检测和分析肺组织萃取液,研究ALI肺组织代谢产物的变化情况。结果：形态学观察及肺损伤评分结果显示LPS诱导的小鼠ALI模型以炎细胞浸润、肺血气屏障通透性增加、肺间质水肿为特征,DXM可以显著减轻上述现象；BALF蛋白浓度检测发现,LPS组BALF蛋白浓度增高,LPS+DXM组BALF蛋白浓度较LPS组下降,提示LPS诱导的ALI肺血管通透性增加可被DXM所抑制；在炎症指标的检测中发现,LPS可提高IL-1β转录和TNF-α表达水平,增强MPO活性,而DXM可以改善上述现象,提示DXM可通过其抗炎作用减轻LPS诱导的急性肺损伤；能量代谢检测显示,LPS刺激后,肺组织ATP含量下降,而DXM可以恢复ATP水平,提示ALI能量代谢失衡可能与其炎症反应增强有关,DXM可能通过其抗炎作用恢复了LPS诱导的ALI能量代谢失衡。利用1H NMR谱结合模式分析技术可以将Sham组和LPS组,以及LPS组与LPS+DXM组的样本区分开,而Sham组与LPS+DXM组的样本无法区分,进一步分析区分各组的主成分发现,肺组织中缬氨酸(valine,Val,δ1.06)、乳酸(lactate,Lac,δ1.33)、醋酸盐(acetate,Ace,δ1.91)和肌酸(creatine,Cre,δ3.93)四种代谢物浓度改变所占的权重最大,其浓度在各组中的差异具有统计学意义,而磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱(phosphocholine and glycerophosphocholine,GPCPC,δ3.22)、肌酸酐(creatinine,Crn,δ3.07)、琥珀酸(succinatc,Suc,δ2.40)等代谢物浓度虽有变化,但在各组中的差异不具有统计学意义。结论：1H NMR谱结合模式识别技术能很好地反映和区分假手术组、LPS诱导的ALI组以及ALI地塞米松干预组小鼠肺组织萃取液的代谢组学特征,其中起主要作用的四种代谢物分别是缬氨酸、乳酸、醋酸盐和肌酸,这些代谢产物的浓度改变可因地塞米松干预而恢复,提示其变化机制可能与炎症反应有关。第二部分姜黄素对大鼠机械通气所致肺损伤的作用及机制研究目的：姜黄素(curcumin,CUR)是一种具有抗氧化和抗炎作用的中药单体,本实验拟探讨CUR对大鼠机械通气所致肺损伤的干预作用及机制。方法：50只大鼠分为5组,以假手术组作为对照,用高潮气量机械通气建立机械通气所致肺损伤动物模型,各治疗组分别于麻醉前腹腔注射CUR药物载体DMSO、CUR(50mg/kg)、CUR(200mg/kg)及阳性对照药物DXM(5mg/kg),使用光学显微镜和电子显微镜观察各组大鼠肺组织形态学和超微结构的改变,通过检测肺湿干重比、BALF蛋白浓度和肺组织伊文思蓝(evans blue dye,EBD)含量研究肺毛细血管通透性的改变,通过检测MPO活性了解白细胞浸润的情况,通过检测BALF中的TNF-α巨噬细胞炎性蛋白-2(macrophage inflammatory protein-2,MIP-2)水平研究CUR的抗炎作用,通过检测肺组织中的丙二醛(malondialdehyde,MDA)、黄嘌呤过氧化物酶(xanthine oxidase,XO)和总抗氧化力(total anti-oxidative capability,TAOC)来研究氧化应激水平的变化,通过检测核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)活性来探讨上述变化发生的机制。结果：组织形态学研究显示大鼠大潮气量机械通气4小时后,肺组织内有较多炎症细胞浸润,肺泡腔内可见水肿液并有炎症细胞渗出,而CUR(200mg/kg)或DXM预处理大鼠肺组织损伤程度降低,肺水肿、炎症细胞浸润程度均有所缓解；肺毛细血管通透性检测结果显示,大潮气量机械通气4小时后,肺湿干重比、BALF蛋白浓度及肺组织和肾组织EBD含量增加,CUR(200mg/kg)或DXM预处理均可减轻上述改变,提示CUR(200mg/kg)预处理可降低由VILI所致的肺毛细血管通透性增高,效果与DXM相仿；炎症相关指标检测结果显示,大潮气量机械通气4小时后,MPO活性增高,BALF中的TNF-α、MIP-2表达均显著增加,NF-κB活化,而这些改变均可被CUR(200mg/kg)及DXM预处理所抑制,提示CUR(200mg/kg)具有抗炎作用；氧化应激水平检测结果显示,大潮气量机械通气4小时后,肺组织中MDA含量升高,XO活性增加,TAOC减弱,使用CUR(200mg/kg)和DXM预处理均可降低MDA含量,但仅有CUR (200mg/kg)预处理可以恢复XO和]AOC水平,提示CUR具有抗氧化作用,且强于DXM。结论：CUR预处理可能通过抑制NF-κB活化,从而抑制机械通气所致的炎症反应和氧化应激失衡,对VILI产生保护作用。第三部分晚期非小细胞肺癌含铂化疗白细胞毒性相关药物基因组学研究目标：本研究将在使用不同含铂方案进行一线化疗的晚期NSCLC患者中,利用药物基因组学研究方法,分析MMP-2多态性与严重白细胞毒性发生率之间的关系,从而寻找指导个体化治疗的SNPs位点。方法：我们在中国汉族人群中进行研究,共纳入了1004名接受含铂方案一线化疗的晚期NSCLC患者,其中221名患者接受了顺铂联合诺维本方案,195名患者接受了顺铂联合吉西他滨方案,190名患者接受了卡铂联合紫杉醇方案,108名患者接受了顺铂联合紫杉醇方案。我们收集了患者首次化疗后外周血白细胞毒性的临床资料,通过标签SNPs和功能SNPs策略选择了MMP-2基因的16个SNPs,使用Illumina iSelect HD BeadChip进行基因分型,探讨在使用不同含铂化疗方案的NSCLC患者中,MMP-2基因SNPs与严重白细胞毒性发生率之间的关系。结果：非条件逻辑回归分析发现,在使用顺铂联合吉西他滨方案的NSCLC患者中,有3个MMP-2的SNPs位点与严重白细胞毒性发生率显著相关,在使用卡铂联合紫杉醇方案的NSCLC患者中,有1个SNP位点与严重白细胞毒性发生率显著相关,在使用顺铂联合诺维本方案的NSCLC患者中,有5个SNPs位点与严重白细胞毒性发生率显著相关,特别是rs7201位点,A/A纯合子患者严重白细胞毒性发生率为17.1%,但C/C纯合子患者发生率为66.7%(P=0.0004),经Bonferroni多重校正后,其关联仍具有显著性,单倍型和二倍型分析结果与单位点分析一致,由rs243836和rs7201两个SNPs位点组成的单倍型“AA”具有保护效应,而“GC”会增加白细胞毒性的发生风险,但在疗效分析中未观察到rs243836位点和rs7201位点多态性与使用顺铂联合诺维本方案化疗敏感性相关,也就是说,如果使用这两个位点的多态性信息进行个体化方案选择,可以在不影响疗效的情况下避免严重白细胞减少的出现。结论：本研究首次发现,在接受不同含铂化疗方案的NSCLC患者中,MMP-2基因遗传多态性与严重白细胞毒性发生率显著相关,但与化疗敏感性无关。该结果可能成为指导含铂化疗方案个体化使用的依据。