月球土壤模拟物和地球土壤在小鼠肺损伤中的作用

摘要

目的：月球表面尘埃因长期受宇宙辐射及陨石撞击作用的影响，形成具有高静电吸附特性的纳米级棱角结构，这些尘埃具有吸入风险，但其对肺部的毒理机制尚不清楚。针对月球基地建设和资源开发过程中的粉尘暴露防护需求，本研究通过构建月球土壤模拟物(lunar soil simulant,LSS)急性暴露模型，并以地球土壤(Earth soil,ES；陕西黄土)为对照，旨在探究粉尘吸入对肺损伤的作用机制。方法：将C57BL/6小鼠随机分为3组：磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)组、LSS组和ES组，每组5～7只小鼠。LSS组和ES组分别使用LSS和ES建立急性吸入模型，采用单次呛咳法进行暴露。实验过程中动态监测小鼠体重变化，持续28 d，并于暴露后第3、7、14、28天分批处死小鼠取材，采集外周血、肺泡灌洗液(bronchoalveolar lavage fluid,BALF)及肺组织样本。通过流式细胞术分析BALF中免疫细胞亚群的动态变化；采用HE染色评估肺组织结构及炎症程度，过碘酸-雪夫(periodic acid-Schiff,PAS)染色评估气道黏液分泌，Masson染色判断胶原沉积情况。通过实时反转录聚合酶链反应(real-time reverse transcription PCR,real-time RT-PCR)检测炎症因子(IL-1β、IL-6、TNF-α)及上皮屏障相关基因(Occludin、Cadherin-1、Zo-1)的mRNA表达水平。选取暴露后第7天的肺组织样本进行转录组学测序，并结合免疫浸润分析和功能通路富集分析，探讨LSS和ES对肺部免疫微环境的调控效应。结果：ES组小鼠在暴露18 d后体重逐渐下降(均P<0.05)，而LSS组小鼠的体重与PBS组的差异无统计学意义。HE染色结果显示：LSS与ES均可诱发气道及血管周围的炎症细胞浸润，且炎症反应在28 d内持续存在，但随着时间延长有逐渐减轻的趋势。PAS染色提示LSS组小鼠在第3天出现明显的气道黏液分泌增加，之后逐渐恢复；ES组未见显著变化。Masson染色结果未见LSS组或ES组在28 d内出现明显的肺纤维化改变。Real-time RT-PCR结果显示：LSS和ES处理均可显著上调肺组织中IL-1β及TNF-α的表达，尤其在暴露第7天时炎症反应最为显著，同时伴随Occludin、Cadherin-1、Zo-1等上皮屏障标志基因表达下调(均P<0.05)。转录组分析结果显示：LSS与ES处理均显著激活与趋化因子相关的通路，富集到多条白细胞迁移、中性粒细胞募集等免疫相关通路。进一步验证发现LSS组肺组织中CXCL2及MMP12表达上调；ES组则以CXCL3及MMP12表达上调为主。结论：LSS和ES均可诱导小鼠持续性肺损伤和中性粒细胞浸润，但所依赖的分子机制存在差异。与ES相比，LSS暴露还会引发短暂的嗜酸性粒细胞应答，提示LSS颗粒具有更强的免疫激活潜能和生物毒性。

关键词

月球土壤模拟物 / 肺损伤 / 地球土壤 / 粉尘暴露 / 趋化因子

基金资助

湖南省科技厅湖湘青年英才项目(2023RC3075)