小動物臭氧暴露染毒對哮喘影響的實驗方案

近日，復旦大學公共衛生學院陳仁杰教授、徐燕意副教授課題組，以“關聯—因果—機制—干預”為研究框架，深入探討了短期臭氧暴露對哮喘加重的影響和作用機制。研究結果以“Mechanistic Insights into Ozone-Induced Asthma Exacerbation: Role of Oxidative Stress and IL-33”為題發表于《Journal of Hazardous Materials》

（一）大小鼠臭氧暴露染毒實驗方案

1. 研究背景

臭氧（O?）是一種常見的大氣污染物，主要由氮氧化物和揮發性有機物在陽光照射下發生光化學反應生成。近年來，隨著城市化進程的加快和氣候變暖，臭氧污染問題日益嚴重，對呼吸系統健康構成重大威脅。哮喘作為一種常見的慢性氣道疾病，其急性發作與臭氧暴露密切相關。研究表明，臭氧暴露不僅會加重哮喘患者的癥狀，還會通過誘導氧化應激、炎癥反應和免疫失衡等機制，進一步惡化氣道高反應性（AHR）和肺功能。因此，深入探討臭氧暴露對哮喘的影響及其作用機制，對于制定有效的環境健康政策和干預措施具有重要意義。

2. 主要研究儀器

本實驗采用北京元森凱德生物技術公司研制生產的YSKD小動物臭氧暴露染毒儀，該設備具備高效臭氧發生器和氣溶膠均勻染毒設計，能夠精確控制臭氧濃度【臭氧產量可控，臭氧暴露濃度實時可以監測】，適用于多種呼吸系統疾病模型的建立。該設備可廣泛應用于哮喘、氣道高反應性、慢性阻塞性肺病（COPD）等研究領域，為臭氧暴露對呼吸系統的影響提供可靠的實驗平臺。

3. 實驗方案

3.1 實驗對象

• 動物模型：C57BL/6J小鼠，6周齡，雌雄各半。

• 分組：每組10只，共4組。

• 對照組：暴露于潔凈空氣（過濾空氣）。

• O?單獨暴露組：暴露于一定濃度臭氧，6小時/天。

• 哮喘模型組：通過卵清蛋白（OVA）致敏和挑戰建立哮喘模型。

• O?+哮喘模型組：在哮喘模型基礎上，暴露于一定濃度臭氧，6小時/天。

3.2 實驗設計

• 致敏與挑戰：哮喘模型組通過皮下注射OVA（10 μg/只）建立過敏性哮喘模型，隨后通過北京元森凱德生物技術公司研制生產的YSKD氣管肺遞送裝置，氣管內霧化OVA進行挑戰，以誘導氣道炎癥和高反應性。

• 臭氧暴露：O?暴露組和O?+哮喘模型組在哮喘模型建立后，通過YSKD小動物臭氧暴露染毒儀進行臭氧暴露，暴露時間為6小時/天，連續暴露7天。

• 監測指標：在暴露前后，分別測量小鼠的肺功能（如FEV1、FVC）、氣道高反應性（AHR）、支氣管肺泡灌洗液（BALF）中的細胞計數和炎癥因子（如IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α、4-HNE等），以及肺組織病理切片。

3.3 暴露條件

臭氧發生器：采用高效臭氧發生器，確保臭氧濃度穩定。

環境控制：實驗室內溫度和濕度控制在±10%以內，以減少環境干擾。

數據記錄：每30分鐘記錄一次臭氧濃度，確保暴露條件符合實驗要求。

4. 研究結果及實驗注意事項

4.1 研究結果

肺功能變化：O?暴露組和O?+哮喘模型組的肺功能指標（如FEV1、FVC）顯著下降，表明臭氧暴露加重了哮喘患者的肺功能損害。

氣道高反應性：O?+哮喘模型組的AHR顯著增強，提示臭氧暴露通過增加氣道敏感性，進一步加重哮喘癥狀。

炎癥反應：O?+哮喘模型組的BALF中嗜酸性粒細胞、中性粒細胞數量顯著增加，且IL-4、IL-5、IL-13、TNF-α等炎癥因子水平顯著升高。

氧化應激：O?+哮喘模型組的肺組織中4-羥基-2-壬烯醛（4-HNE）和增殖細胞核抗原（PCNA）表達上調，表明臭氧暴露誘導了氧化應激反應。

免疫失衡：O?+哮喘模型組的Th2細胞因子（如IL-4、IL-5、IL-13）和Th17細胞因子（如IL-17）水平顯著升高，提示臭氧暴露通過干擾免疫平衡，加重哮喘急性發作。

4.2 實驗注意事項

動物健康狀態：實驗前需確保小鼠健康，無感染或疾病史。

臭氧濃度控制：臭氧發生器確保臭氧濃度穩定，可以實時監測臭氧暴露濃度。

環境控制：實驗室內溫度和濕度需嚴格控制，避免環境因素干擾實驗結果。

數據記錄：實驗過程中需詳細記錄每只小鼠的暴露情況和生理指標變化，確保數據的準確性和可重復性。

倫理審查：實驗方案需通過動物倫理委員會審批，確保實驗符合動物fu'li和倫理要求。

5. 結論

本實驗通過建立哮喘小鼠模型，并結合臭氧暴露，系統探討了臭氧對哮喘加重的影響及其作用機制。研究結果表明，臭氧暴露通過誘導氧化應激、炎癥反應和免疫失衡，顯著加重哮喘患者的肺功能損害和氣道高反應性。這些發現為理解臭氧暴露對哮喘急性發作的病理生理機制提供了重要實驗依據，也為制定有效的環境健康政策和干預措施提供了科學支持。

（二）案例分享：環境因素O3和UVA對6PPD老化反應和毒性的影響

廣東省科學院生物與醫學工程研究所/廣州醫科大學公共衛生學院/生態環境部華南環境科學研究所等在中科院一區TOP期刊（IF=12.2）Journal of Hazardous Materials 486 (2025) 137000 發表題為《Environmental factors ultraviolet a and ozone exacerbate the repeated inhalation toxicity of 6PPD in mice via accelerating the aging reaction》

本文作者通過北京元森凱德生物技術有限公司 研制生產的動物霧化吸入暴露系統，使小鼠暴露于不同老化條件下的6PPD氣溶膠中。6PPD及其老化產物的氣溶膠濃度為0.6 μg/L，每天1小時，每周6天，持續5周和10周。通過北京元森凱德生物技術有限公司YSKD動物吸入暴露系統的使用，研究者能夠模擬人類在實際環境中的吸入暴露情況，為評估6PPD及其老化產物的毒性提供了重要的實驗數據。
該研究首次揭示了環境因素O3和UVA對6PPD老化反應和毒性的影響。研究結果表明，6PPD及其老化產物在吸入后表現出不同的毒性特征，特別是UVA處理后的6PPD可能形成新的有毒產物。隨著大氣中O3濃度的增加，6PPD向老化產物的轉化可能加速，由此產生的二次污染不容忽視。這項研究為評估和管理6PPD的環境和健康風險提供了新的視角。

附：北京元森凱德生物技術有限公司研制生產的動物霧化吸入給藥儀器，主要包括大/小動物肺部氣管直接遞送裝置（動物氣道霧化針）、動物口鼻吸入、僅鼻腔給藥、全身式暴露染毒、動物煙氣/PM2.5染毒系統、粉塵氣溶膠發生器、臭氧動物暴露裝置、動物高低壓氧艙，此外給客戶多樣化提供自動型實驗動物安樂死系統（窒息系統、二氧化碳安樂處死箱），實驗動物除臭暫存系統，巴馬香豬皮，NGI Gentle Rocker智能洗盤裝置，NGI新一代撞擊器和ACI安德森撞擊器的校驗與檢測。

附：北京元森凱德生物技術有限公司（BEIJING YSKD BIO-TECHNOLOGY CO.,LTD），簡稱元森凱德（YSKD），2013年成立于北京中關村科技園，是一家專業從事生命科學類實驗儀器研制、生產與銷售的科技創新型企業。服務毒理學、藥理學、免疫學、生物安全、大氣污染物、化學物質毒性鑒定、臨床前藥物開發與安全性評價、呼吸系統、環境與健康等領域。

部分用戶案例：哈佛大學，麻省理工學院，新加坡國立大學，瑞士蘇黎世聯邦理工學院，中國科學院上海藥物研究所，中國中醫科學院中藥研究所，麗珠醫藥集團股份有限公司，康龍化成（寧波）生物醫藥有限公司，中日醫院呼吸病學研究中心/中日友好臨床醫學研究所，北京中醫藥大學，中國藥科大學，沈陽藥科大學，復旦大學，浙江大學，四川大學，中南大學湘雅醫學院等