空气PM2.5暴露对肺炎克雷伯菌致大鼠肺部炎性反应的影响

段 争，次如冰，刘小强，王建国

(1.河北医科大学 第二医院 呼吸二科， 河北 石家庄 050000； 2.河北省环境监测中心站， 河北 石家庄 050051；3.石家庄市环境监测中心， 河北 石家庄 050021)

空气PM2.5暴露对肺炎克雷伯菌致大鼠肺部炎性反应的影响

段 争1*，次如冰1，刘小强2，王建国3

(1.河北医科大学 第二医院 呼吸二科， 河北 石家庄 050000； 2.河北省环境监测中心站， 河北 石家庄 050051；3.石家庄市环境监测中心， 河北 石家庄 050021)

细颗粒物(particulate matter, PM 2.5)指空气中空气动力学当量直径≤2.5 μm的颗粒物，可沉积于各级支气管、肺泡。研究证实PM2.5暴露可导致肺炎患者住院率增加，病死率增加，具体机制不明。

1 材料与方法

1.1 材料：清洁级6～8周龄雄性SD大鼠100只，体质量200～220 g(河北医科大学实验动物中心，合格证号：1302094)；肺炎克雷伯菌标准株(ATCC700603中国医学细菌保藏管理中心)，稀释为1.0×106个菌落形成单位(colony forming units,cfu) /mL混悬液待用； PM2.5由石家庄市环境监测中心站提供，配制成30 mg/mL 悬液备用；肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)酶联免疫试剂盒(河北渤海生物有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 动物分组及模型制备：100只大鼠按随机数字表分成4组。对照组：(20只)：气管内滴入0.9%氯化钠注射液(1 mL/kg)，24 h后重复；肺炎克雷伯菌感染组(Kb组,24只)：气管内滴入标准菌株悬液(1.0×106cfu/mL/kg)，24 h后滴入0.9%氯化钠注射液；PM2.5组(PM组,24只)：气管内滴入0.9%氯化钠注射液，24 h后滴入PM2.5悬液每千克30 mg/mL；肺炎克雷伯菌感染+PM2.5组(Kb+PM组,32只)：气管内滴入标准菌株悬液，24 h后滴入PM2.5悬液；于1和7 d各处死部分动物。

1.2.2 观察动物一般状态并评分，统计各组7 d总死亡数。

1.2.3 血清中IL-6和 TNF-α测定：酶联免疫吸附法测定。

1.2.4 肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid，BALF)细胞计数、细菌培养、菌落计数。

1.2.5 大鼠肺组织病理观察炎性反应分级，气管黏膜扫描电镜观察。

2 结果

2.1 临床评分及7 d时动物总死亡数比较： 1和7 d时各实验组临床评分显著高于对照组, 1 d时Kb+PM组评分显著高于PM组，7 d时Kb+PM组评分显著高于Kb组、PM组(P<0.05)。Kb+PM组7 d时动物总死亡数为17只，显著高于对照组、Kb组、PM组(P<0.05)。

2.2 BALF中菌落计数比较：7 d时Kb+PM组菌落计数显著高于Kb组(表1)。

表1 BALF中肺炎克雷伯菌菌落计数比较

*P<0.05 compared with Kb group.

2.3 BALF中细胞计数及分类比较：1和7 d时Kb+PM组白细胞总数及中性粒细胞比例显著高于PM组和Kb组(表2)。

2.4 肺组织病理观察及炎性反应分级比较：Kb+PM组和Kb组支气管周围肺泡壁增厚、充血、破坏,中性粒细胞浸润; PM组肺泡间隔增厚、纤维增生、炎细胞浸润，肺泡腔缩小(图1)。肺脏炎性反应分级示Kb+PM组炎性反应分级明显重于其余3组(P<0.05)。

2.5 气管黏膜光镜及电镜观察： 对照组大鼠气管黏膜上皮细胞纤毛排列密集规整。PM组可见纤毛稀疏、黏连，部分倒伏脱落(图1)。

A～D.pulmonary histopathology in different groups(HE，×100); A.control group; B.PM group; C.Kb group; D.Kb+PM group; E～F.tracheal membrane of rats(HE，×400); E.control group; F.PM group; G～H.tracheal membrane of rats observed by scanning electron microscope(×2000); G.control group; H.PM group

图1 各组大鼠肺脏及气管黏膜病理改变Fig 1 The changes of pulmonary histopathology and tracheal membrane histopathology in different groups

*P<0.05 compared with control group;△P<0.05 compared with PM group;▲P<0.05 compared with Kb group;#P<0.05 compared with first day.

2.6 血清中IL-6和TNF-α含量比较： Kb+PM组7 d时IL-6含量及1和7 d时TNF-α含量显著高于PM组和Kb组(表2)。

3 讨论

本研究证实Kb+PM组肺脏炎性反应分级、菌落计数及总病死率明显高于Kb组，表明PM2.5暴露减低大鼠对肺炎克雷伯菌的清除，导致肺脏炎性反应加重，病死率增加。有研究证实，颗粒物暴露减弱吞噬细胞对细菌吞噬功能，使细菌计数增加[1]，细菌清除减低，与本研究结果一致。

PM2.5暴露加重大鼠肺部炎性反应的机制不明，本研究发现，PM2.5暴露后大鼠气道上皮细胞纤毛变短、倒伏、脱落，提示PM2.5暴露可破坏呼吸道黏液纤毛屏障，导致分泌物及异物清除障碍,气道免疫功能减弱[2]。此外，PM2.5暴露及细菌感染均引起炎性因子升高，与炎性因子升高相伴随的是肺脏炎性反应加重[3]，表明PM2.5暴露可通过增加炎性因子的产生，与细菌感染共同加重肺脏炎性反应。一方面，炎性因子的增加可导致大鼠体质量减轻、精神萎靡等，加重肺部炎性反应。另一方面，PM2.5暴露导致的细菌清除减少，肺内细菌持续存在，炎性因子进一步升高。

综上所述，PM2.5暴露可以降低大鼠肺脏对肺炎克雷伯菌的清除率，加重肺脏炎性反应，增加病死率，其机制可能与气道黏液纤毛系统破坏及炎性因子相互作用有关。

[1] Sigaud S, Goldsmith CA, Zhou H,etal. Air pollution particles diminish bacterial clearance in the primedlungs of mice[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 2007, 223:1- 9.

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2013- 10- 08

2013- 12- 23

*通信作者(correspondingauthor)：duanzheng1971@126.com

1001-6325(2014)08-1110-03

R 122.2

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