小动物臭氧暴露染毒对哮喘影响的实验方案

小动物臭氧暴露染毒对哮喘影响的实验方案

近日，复旦大学公共卫生学院陈仁杰教授、徐燕意副教授课题组，以“关联—因果—机制—干预”为研究框架，深入探讨了短期臭氧暴露对哮喘加重的影响和作用机制。研究结果以“Mechanistic Insights into Ozone-Induced Asthma Exacerbation: Role of Oxidative Stress and IL-33”为题发表于《Journal of Hazardous Materials》

（一）大小鼠臭氧暴露染毒实验方案

1. 研究背景

臭氧（O₃）是一种常见的大气污染物，主要由氮氧化物和挥发性有机物在阳光照射下发生光化学反应生成。近年来，随着城市化进程的加快和气候变暖，臭氧污染问题日益严重，对呼吸系统健康构成重大威胁。哮喘作为一种常见的慢性气道疾病，其急性发作与臭氧暴露密切相关。研究表明，臭氧暴露不仅会加重哮喘患者的症状，还会通过诱导氧化应激、炎症反应和免疫失衡等机制，进一步恶化气道高反应性（AHR）和肺功能。因此，深入探讨臭氧暴露对哮喘的影响及其作用机制，对于制定有效的环境健康政策和干预措施具有重要意义。

2. 主要研究仪器

本实验采用北京元森凯德生物技术公司研制生产的YSKD小动物臭氧暴露染毒仪，该设备具备高效臭氧发生器和气溶胶均匀染毒设计，能够精确控制臭氧浓度【臭氧产量可控，臭氧暴露浓度实时可以监测】，适用于多种呼吸系统疾病模型的建立。该设备可广泛应用于哮喘、气道高反应性、慢性阻塞性肺病（COPD）等研究领域，为臭氧暴露对呼吸系统的影响提供可靠的实验平台。

3. 实验方案

3.1 实验对象

• 动物模型：C57BL/6J小鼠，6周龄，雌雄各半。

• 分组：每组10只，共4组。

• 对照组：暴露于洁净空气（过滤空气）。

• O₃单独暴露组：暴露于一定浓度臭氧，6小时/天。

• 哮喘模型组：通过卵清蛋白（OVA）致敏和挑战建立哮喘模型。

• O₃+哮喘模型组：在哮喘模型基础上，暴露于一定浓度臭氧，6小时/天。

3.2 实验设计

• 致敏与挑战：哮喘模型组通过皮下注射OVA（10 μg/只）建立过敏性哮喘模型，随后通过北京元森凯德生物技术公司研制生产的YSKD气管肺递送装置，气管内雾化OVA进行挑战，以诱导气道炎症和高反应性。

• 臭氧暴露：O₃暴露组和O₃+哮喘模型组在哮喘模型建立后，通过YSKD小动物臭氧暴露染毒仪进行臭氧暴露，暴露时间为6小时/天，连续暴露7天。

• 监测指标：在暴露前后，分别测量小鼠的肺功能（如FEV1、FVC）、气道高反应性（AHR）、支气管肺泡灌洗液（BALF）中的细胞计数和炎症因子（如IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α、4-HNE等），以及肺组织病理切片。

3.3 暴露条件

臭氧发生器：采用高效臭氧发生器，确保臭氧浓度稳定。

环境控制：实验室内温度和湿度控制在±10%以内，以减少环境干扰。

数据记录：每30分钟记录一次臭氧浓度，确保暴露条件符合实验要求。

4. 研究结果及实验注意事项

4.1 研究结果

肺功能变化：O₃暴露组和O₃+哮喘模型组的肺功能指标（如FEV1、FVC）显著下降，表明臭氧暴露加重了哮喘患者的肺功能损害。

气道高反应性：O₃+哮喘模型组的AHR显著增强，提示臭氧暴露通过增加气道敏感性，进一步加重哮喘症状。

炎症反应：O₃+哮喘模型组的BALF中嗜酸性粒细胞、中性粒细胞数量显著增加，且IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α等炎症因子水平显著升高。

氧化应激：O₃+哮喘模型组的肺组织中4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE）和增殖细胞核抗原（PCNA）表达上调，表明臭氧暴露诱导了氧化应激反应。

免疫失衡：O₃+哮喘模型组的Th2细胞因子（如IL-4、IL-5、IL-13）和Th17细胞因子（如IL-17）水平显著升高，提示臭氧暴露通过干扰免疫平衡，加重哮喘急性发作。

4.2 实验注意事项

动物健康状态：实验前需确保小鼠健康，无感染或疾病史。

臭氧浓度控制：臭氧发生器确保臭氧浓度稳定，可以实时监测臭氧暴露浓度。

环境控制：实验室内温度和湿度需严格控制，避免环境因素干扰实验结果。

数据记录：实验过程中需详细记录每只小鼠的暴露情况和生理指标变化，确保数据的准确性和可重复性。

伦理审查：实验方案需通过动物伦理委员会审批，确保实验符合动物fu'li和伦理要求。

5. 结论

本实验通过建立哮喘小鼠模型，并结合臭氧暴露，系统探讨了臭氧对哮喘加重的影响及其作用机制。研究结果表明，臭氧暴露通过诱导氧化应激、炎症反应和免疫失衡，显著加重哮喘患者的肺功能损害和气道高反应性。这些发现为理解臭氧暴露对哮喘急性发作的病理生理机制提供了重要实验依据，也为制定有效的环境健康政策和干预措施提供了科学支持。

（二）案例分享：环境因素O3和UVA对6PPD老化反应和毒性的影响

广东省科学院生物与医学工程研究所/广州医科大学公共卫生学院/生态环境部华南环境科学研究所等在中科院一区TOP期刊（IF=12.2）Journal of Hazardous Materials 486 (2025) 137000 发表题为《Environmental factors ultraviolet a and ozone exacerbate the repeated inhalation toxicity of 6PPD in mice via accelerating the aging reaction》

本文作者通过北京元森凯德生物技术有限公司 研制生产的动物雾化吸入暴露系统，使小鼠暴露于不同老化条件下的6PPD气溶胶中。6PPD及其老化产物的气溶胶浓度为0.6 μg/L，每天1小时，每周6天，持续5周和10周。通过北京元森凯德生物技术有限公司YSKD动物吸入暴露系统的使用，研究者能够模拟人类在实际环境中的吸入暴露情况，为评估6PPD及其老化产物的毒性提供了重要的实验数据。
该研究首次揭示了环境因素O3和UVA对6PPD老化反应和毒性的影响。研究结果表明，6PPD及其老化产物在吸入后表现出不同的毒性特征，特别是UVA处理后的6PPD可能形成新的有毒产物。随着大气中O3浓度的增加，6PPD向老化产物的转化可能加速，由此产生的二次污染不容忽视。这项研究为评估和管理6PPD的环境和健康风险提供了新的视角。

附：北京元森凯德生物技术有限公司研制生产的动物雾化吸入给药仪器，主要包括大/小动物肺部气管直接递送装置（动物气道雾化针）、动物口鼻吸入、仅鼻腔给药、全身式暴露染毒、动物烟气/PM2.5染毒系统、粉尘气溶胶发生器、臭氧动物暴露装置、动物高低压氧舱，此外给客户多样化提供自动型实验动物安乐死系统（窒息系统、二氧化碳安乐处死箱），实验动物除臭暂存系统，巴马香猪皮，NGI Gentle Rocker智能洗盘装置，NGI新一代撞击器和ACI安德森撞击器的校验与检测。

附：北京元森凯德生物技术有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），简称元森凯德（YSKD），2013年成立于北京中关村科技园，是一家专业从事生命科学类实验仪器研制、生产与销售的科技创新型企业。服务毒理学、药理学、免疫学、生物安全、大气污染物、化学物质毒性鉴定、临床前药物开发与安全性评价、呼吸系统、环境与健康等领域。

部分用户案例：哈佛大学，麻省理工学院，新加坡国立大学，瑞士苏黎世联邦理工学院，中国科学院上海药物研究所，中国中医科学院中药研究所，丽珠医药集团股份有限公司，康龙化成（宁波）生物医药有限公司，中日医院呼吸病学研究中心/中日友好临床医学研究所，北京中医药大学，中国药科大学，沈阳药科大学，复旦大学，浙江大学，四川大学，中南大学湘雅医学院等