二氧化硫（SO2）是一种常见的空气污染物,主要由化石能源燃烧引起。在过去的几十年里,随着工业化和城市化的进程,造成了SO2大量排放而引发严重空气污染。目前SO2在发展中国家局部地区和厂矿等特定区域浓度仍然很高,对人们的健康造成了极大的影响。SO2可破坏呼吸系统的结构和稳定,造成呼吸道炎症等疾病,其研究主要集中在病理学、生化指标、遗传毒性、氧化应激和DNA损伤等方面,对于其损伤肺部的分子机制研究尚不充分。另外,哮喘作为一种气道慢性炎症疾病,由过敏原和空气污染物等引发,涉及炎症和免疫紊乱,SO2可诱发和增强哮喘症状和易感性,但是其相关研究主要集中在流行病学领域,而其分子机理研究较少,缺乏直接的实验证据。SO2对机体的毒害一般认为与活性氧增多,造成氧化应激和炎症等有关,目前还没有有效的预防和治疗手段。枯草芽孢杆菌胞外多糖（EPS）作为益生菌活性物质,具有抗氧化和提高免疫的功效。然而,有关EPS能否缓解SO2诱导的呼吸系统疾病,目前尚未见报道。针对以上问题,提出本课题的研究。本文研究了SO2不同浓度和不同暴露方式对肺部损伤和炎症等的影响,并在体外探讨了SO2衍生物对气道上皮细胞和肺泡巨噬细胞的毒理机制,然后进一步分析了SO2对过敏性哮喘小鼠的加重效应和分子机制。最后,针对SO2的毒性,分析了枯草芽孢杆菌胞外多糖的结构和生物活性,以及其缓解SO2致小鼠肺部损伤的作用及机制。主要实验结果如下:1.本研究以小鼠为研究对象,研究了急性SO2暴露对小鼠体重、肺体比、肺组织病理学变化、肺泡灌洗液（BALF）炎症细胞数量、肺部氧化损伤、炎症因子、抗炎因子、黏蛋白、重塑因子、凋亡基因、原癌和抑癌基因表达的影响。结果表明,SO2暴露可降低小鼠体重,导致肺体比和免疫器官（胸腺和脾脏）增大;还可诱导肺组织炎症细胞浸润、支气管上皮增厚、黏液分泌和气道狭窄;另外,SO2暴露显著增加肺泡灌洗液（BALF）中总炎症细胞、淋巴细胞、哮酸性粒细胞和巨噬细胞的数量;显著提高肺中过氧化氢（H2O2）、谷胱甘肽（GSH）和丙二醛（MDA）含量,显著降低了超氧化物歧化酶（SOD）活性,血清中的氧化应激物的变化虽也在增减,但都没有统计学的意义;SO2显著增高肺炎症因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素IL-1β和IL-6表达,显著降低干扰素-γ（IFN-γ）表达,显著上调4种抗炎细胞因子（白介素IL-4、IL-5、IL-13和转化生长因子TGF-β）的表达,显著增加黏蛋白（MUC5AC）基因表达;SO2显著增加纤维连接蛋白（Fibronectin）、基质金属蛋白酶-9（MMP-9）、平滑肌钙调蛋白（Musculus calponin）和平滑肌肌球蛋白（sm MHC）m RNA表达;SO2显著增高促凋亡基因Bax、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-3（Caspase-3）的表达和Bax/Bcl-2的比值,显著下调抗凋亡基因Bcl-2基因转录;SO2显著提高原癌基因C-fos和C-jun以及抑癌基因p53表达,并显著降低抑癌基因Rb的m RNA表达;显著上调NF-κB、STAT6和GATA3转录因子表达。综上所述,急性SO2暴露可能通过氧化应激引起NF-κB、STAT6和GATA3信号通路活性,并引起肺气道损伤、黏液分泌、炎症和抗炎因子分泌、诱发气道重塑、促进凋亡和癌变。2.为阐明SO2对肺部细胞的损伤效应及机制,进一步评估了SO2衍生物对体外培养气道上皮细胞和肺泡巨噬细胞的存活率、活性氧（ROS）水平、细胞因子、转录因子、膜受体、细胞凋亡、原癌和抑癌基因表达的影响。结果表明,随着SO2衍生物浓度的增加,上皮细胞和巨噬细胞存活率下降,在1 m M浓度时存活率出现显著差异;0.1 m M SO2衍生物可使体外培养细胞ROS水平显著上升,使气道上皮细胞上调黏蛋白MUC5AC、转化生长因子β（TGF-β）、表皮生长因子（EGF）和白细胞介素-6（IL-6）m RNA表达升高;此外,还可诱导气道上皮细胞表皮生长因子受体（TGFR）和Toll样受体2（TLR2）、NF-κB和STAT6转录因子m RNA显著增加;显著提高了Bax和Caspase-3基因的表达,显著提高原癌基因C-fos表达,使抑癌基因Rb表达显著下降。另外,SO2衍生物使肺泡巨噬细胞分泌促炎因子（IL-6、IL-1β、TNF-α和INF-γ）显著增加,TLR4/My D88、JAK1和NF-κB相关的炎症通路表达加强,Bax m RNA表达增加,而Bcl-2 m RNA表达下降。以上结果提示,SO2对气道上皮细胞的毒性可能通过氧化应激激活TGFR和TLR2信号通路,并释放细胞因子,促进上皮细胞的增殖和纤维化、并可引发炎症、促进细胞凋亡和诱发癌变。SO2可能通过激活肺泡巨噬细胞TLR4/My D88和JAK1通路,诱导炎症反应和免疫反应。3.构建卵清蛋白（OVA）诱导的小鼠哮喘模型,通过肺病理分析、肺泡灌洗液白细胞计数和定量PCR等技术,检测了SO2对哮喘小鼠炎症的影响,结果发现SO2增加了哮喘小鼠肺泡灌洗液（BALF）总炎症细胞、淋巴细胞、巨噬细胞和嗜酸性粒细胞的数量;显著上调了CD4+T辅助细胞2（Th2）细胞因子（IL-4、IL-5和IL-13）、IL-6和MUC5AC表达水平;提高了丙二醛（MDA）和谷胱甘肽（GSH）水平,降低了超氧化物歧化酶（SOD）活性;显著上调了TLR4/NF-κB和TCR/GATA-3通路和增强NF-κB p65和ERK1/2表达水平。以上结果表明,SO2可能通过增高活性氧（ROS）水平,增加巨噬细胞和淋巴细胞数量,激活TLR4和TCR通路,从而提高Th2细胞因子来增强哮喘嗜酸性粒细胞炎症。4.研究证实SO2造成肺损伤主要机制是氧化应激和诱发炎症,提示可以通过抗氧化和提高免疫来缓解SO2造成的肺损伤。本实验首先检测了枯草芽孢杆菌所产胞外多糖（EPS）所含基团和键、体外抗氧化性和体外抑肿瘤细胞生长活性,然后在小鼠体内评价了EPS对SO2致肺损伤的影响。结果表明,胞外多糖结构中含有O-H基团、C=C、C=O、CH3、C-O-C键和α-吡喃糖,具有优良的体外氧自由基清除率以及癌细胞抑制率。EPS干预SO2诱导的肺损伤小鼠后,可显著提高小鼠免疫器官指数,减轻SO2造成的体重减轻和肺水肿;BALF中总炎症细胞、淋巴细胞、嗜酸性粒细胞和巨噬细胞数量都显著减少;显著降低H2O2和MDA水平,显著提高SOD和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性;显著下调肺组织MUC5AC、促炎因子IL-6和TNF-α;炎症通路STAT6和NF-κB基因表达下降;明显降低凋亡指标Bax/Bcl-2和Caspase-3的表达,显著上调细胞周期蛋白Cyclin B1表达;显著下调原癌基因（C-fos和C-jun）表达,显著上调抑癌基因（p16和Rb）表达,明显提高巨噬细胞功能和IL-2含量,使各指标基本恢复至对照组水平。以上结果提示,EPS可能通过减轻SO2诱导的肺氧化损伤和炎症反应、细胞凋亡和癌变,提高免疫功能来缓解SO2诱导的肺部损伤,对SO2致小鼠肺部损伤起到一定保护作用。综上所述,急性SO2暴露可导致小鼠肺组织结构损伤,炎性细胞浸润,炎症通路和炎症因子分泌增多,诱发气道重塑、促进凋亡和癌变。SO2衍生物可诱导气道上皮细胞分泌黏液和炎症因子,并引发气道重塑和癌变。SO2衍生物还可诱导肺泡巨噬细胞炎症反应和凋亡。SO2暴露可能通过激活TLR4/NF-κB和TCR/GATA-3炎症通路、气道重塑和凋亡等加重哮喘症状。EPS干预后,可通过减轻肺氧化损伤、炎症反应、凋亡和癌变来缓解SO2暴露引起的肺损伤。该研究为SO2暴露健康风险提供实验基础,并为SO2致肺损伤的防治提供实验依据。