论文部分内容阅读
目的:建立PM2.5实时暴露的小鼠模型,探讨PM2.5对小鼠心功能的影响及其可能的机制。方法:48只健康雄性C57BL/6J小鼠,随机分为3组:洁净空气组（FA）、大气组（UA）和浓缩PM2.5组（CA）,分别吸入过滤空气、未过滤空气和浓缩的PM2.5,每天6小时,每周7天,其余时间吸入洁净空气,分别暴露8周和16周。使用空气动力学粒径谱仪和气溶胶颗粒物检测仪分别监测各组暴露腔内颗粒物的粒径分布以及PM2.5的实时浓度,同时监测各暴露腔内的温湿度;采用超声心动图及心电图对小鼠心脏结构及功能进行评价;HE染色、WGA染色以及Masson染色观察心脏的病理变化、形态结构以及纤维化情况;免疫荧光检测巨噬细胞标记F4/80以及纤维化特异蛋白α-SMA的表达量;qRT-PCR检测小鼠心脏肥大标记Anf m RNA、Bnp m RNA、β-mhc m RNA的表达,纤维化标记Col1αm RNA、Col3αm RNA以及巨噬细胞标记F4/80 m RNA、促炎细胞因子Mcp-1m RNA、Ifn-γm RNA的表达;Western blot检测心脏组织中PI3K/Akt/Fox O信号通路以及炎症相关蛋白（TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8）的表达。结果:1. 暴露腔内温湿度、颗粒物的粒径分布及PM2.5的浓度变化暴露期间,不同暴露腔内的平均温度分别为22.89±1.11℃、21.65±1.03℃和22.24±1.98℃,平均湿度分别为45.96±9.71%RH、46.02±8.82%RH和47.24±8.52%RH。FA组未检测到颗粒物的存在,UA组暴露腔内有90.46%的颗粒物空气动力学直径小于2.5μm,CA组有99.48%的颗粒物空气动力学直径小于2.5μm。暴露8周,FA组、UA组和CA组暴露腔内的PM2.5平均浓度分别为0、94.84和900.21μg/m3。暴露16周,FA组、UA组和CA组暴露腔内PM2.5平均浓度值分别为0、86.78和671.87μg/m3。2. PM2.5暴露对小鼠心功能的影响超声心电图结果显示,PM2.5暴露16周后,小鼠的心脏射血分数（EF）及缩短分数（FS）分别呈剂量依赖性降低（P<0.05）;PM2.5暴露8周和16周后,小鼠的心脏每搏输出量（SV）呈剂量依赖性下降（P<0.05）,CA组小鼠的心脏舒张期左室前壁（LVAW,d）厚度和收缩期左室前壁（LVAW,s）厚度较FA组均有明显增加（P<0.05）;暴露16周的CA组与8周的CA组小鼠相比,SV明显降低（P<0.05）。心电图结果显示,经PM2.5暴露16周后,CA组小鼠的QRS间期与FA组相比,有明显的增加（P<0.05）。3. PM2.5暴露对小鼠心脏组织形态的影响随着暴露剂量和时间的增加,HE染色发现小鼠出现心肌细胞纤维增粗,排列紊乱,炎性细胞浸润;WGA染色结果分析,PM2.5暴露8周后,CA组小鼠的心肌细胞横截面积较FA组和UA组均有明显增加（P<0.05）,暴露16周后,与FA组相比,UA组和CA组心肌细胞横截面积增加（P<0.05）,且16周的UA组心肌细胞横截面积较8周有显著增加（P<0.05）;Masson染色结果分析发现,各组小鼠心脏组织纤维化水平呈剂量依赖性升高（P<0.05）,且具有时间效应关系（P<0.05）。4. PM2.5暴露对小鼠心肌肥厚的影响qRT-PCR结果显示,暴露8周、16周,小鼠的心脏肥大标记Anf m RNA、Bnp m RNA、β-mhc m RNA表达呈剂量依赖性升高（P<0.05）,且具有时间效应关系（P<0.05）;Western blot结果显示,暴露16周,小鼠心脏的PI3K呈剂量依赖性降低（P<0.05）,CA组p-Akt/Akt较FA和UA组明显降低（P<0.05）,p-Fox O1/Fox O1比值明显升高（P<0.05）。5. PM2.5暴露对小鼠心肌纤维化的影响免疫荧光结果显示,与FA组相比,PM2.5暴露16周的UA组和CA组小鼠心脏的巨噬细胞标记F4/80表达量均显著性增高,且有剂量反应关系（P<0.05）;16周的CA组小鼠心脏α-SMA表达量明显增加（P<0.05）。qRT-PCR结果显示,暴露8周、16周,小鼠的心脏纤维化标记Col1αm RNA、Col3αm RNA呈剂量依赖性升高（P<0.05）,且具有时间效应关系（P<0.05）;暴露16周后,小鼠心脏的F4/80、Mcp-1和Ifn-γ表达量均有明显增加（P<0.05）。Western blot结果显示,暴露16周,小鼠心脏的TNF-α、IL-1β、IL-6呈剂量依赖性增高（P<0.05）;CA组IL-8较FA组和UA组明显增加（P<0.05）。结论:1.PM2.5暴露可引起小鼠的心功能障碍,导致时间依赖和剂量依赖的心肌肥厚及心肌纤维化。2.PM2.5暴露导致的心肌肥厚与PI3K/Akt介导的Fox O1磷酸化水平增加有关。3.PM2.5暴露导致的心肌纤维化可能与巨噬细胞活化引起的心脏炎症反应有关。