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研究目的PM2.5暴露可引起心肺损伤,导致心血管疾病和慢性呼吸系统疾病,此类疾病中多伴随呼吸受限、肺过度充气等症状,肺的过度充气容易导致膈肌扁平、肌纤维缩短、对合面积减少等,这些形态学的变化与膈肌功能障碍密切相关,膈肌作为主要的呼吸肌,在机体的呼吸运动以及血液中氧气的运输过程中发挥重要的作用。目前,PM2.5暴露对膈肌的影响研究较少;因此,本实验通过PM2.5气管内滴注的暴露方式,初步探讨PM2.5暴露对小鼠膈肌的影响。研究方法选取20只8周龄野生型雄性小鼠(C57/BL6),随机分为对照组(FA)和PM2.5气管滴注组(PM2.5),每组10只,实验组采用气管滴注法暴露PM2.5(10mg/kg),对照组气管滴注相同体积对照提取液,每间隔1天滴注1次,连续4周,最后一次滴注结束后24小时处死。运用DHE(Dihydroethidium)染色测定氧化应激产物超氧阴离子的变化;天狼猩红染色观察小鼠膈肌的纤维化程度,HE染色观察小鼠膈肌组织形态结构变化;Western blot(免疫蛋白印迹法)测定小鼠膈肌组织相关抗氧化蛋白表达情况;qPCR(聚合酶链式反应)检测小鼠膈肌组织抗氧化蛋白酶、相关炎症因子及胶原纤维基因的转录水平情况。研究结果(1)HE(hematoxylin-eosin)染色检测小鼠膈肌形态结构:通过光学显微镜镜下观察石蜡切片可见,FA组小鼠膈肌纵切面肌纤维排列整齐、紧密,间质细胞少,肌横纹规则;横切面肌纤维大小一致。PM2.5组小鼠膈肌纵切面肌纤维大小不一,部分肌纤维扭曲,肌横纹紊乱,肌间结缔组织增多,横截面部分肌纤维不完整,肌纤维间隙增大。(2)DHE(Dihydroethidium)染色测定氧化应激产物的变化:结果显示,与FA组相比,PM2.5组小鼠膈肌组织中超氧化物阴离子水平显著升高(P<0.01)(3)天狼猩红(PSR)染色检测小鼠膈肌纤维化情况:与FA组相比,PM2.5组的小鼠膈肌组织中纤维化程度显著加剧(P<0.05)。(4)聚合酶链式反应(qPCR)检测小鼠膈肌氧化应激、炎症反应以及纤维化情况:与FA组相比,PM2.5组超氧化物歧化酶SOD1、SOD2以及SOD3的转录水平显著下降(P<0.05);IL-1b,TNF-α,TGF-β以及CD14等相关炎症因子转录水平显著升高(P<0.05);CollagenⅠ,CollagenⅢ胶原纤维基因的转录水平显著升高(P<0.05)。(5)免疫蛋白印迹法(Western blotting)检测小鼠膈肌线粒体相关的抗氧化酶表达情况:与FA组相比,PM2.5组Prdx1表达水平无显著变化(P>0.05),Prdx5和Trxr2表达水平显著降低(P<0.05)。研究结论(1)四周PM2.5暴露可引起小鼠膈肌肌间结缔组织增多,促使肌纤维扭曲、紊乱,诱导小鼠膈肌发生结构性损伤。(2)四周PM2.5暴露可能通过抑制抗氧化还原蛋白酶活性,使小鼠体内氧化还原水平失衡,诱导小鼠膈肌产生氧化应激。(3)四周PM2.5暴露可能通过上调CD14等炎症相关因子的转录,诱导膈肌产生炎症反应。(4)四周PM2.5暴露可能通过促进胶原基因CollagenⅠ,CollagenⅢ的转录,加剧膈肌发生纤维化的进程。